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1 Treballs de Recerca Grup BioremUAB Càtedra FACSA Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus Dra. Teresa Vicent Huguet ([email protected]) Departament d’Enginyeria Química, Biològica i Ambiental Universitat Autònoma de Barcelona

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1

Treballs de Recerca Grup BioremUAB

Cagravetedra FACSA

Universitat Jaume I

Castelloacute de la Plana abril 2017

Biodegradacioacute de contaminants industrials i valoritzacioacute de residus

Dra Teresa Vicent Huguet (teresavicentuabcat)

Departament drsquoEnginyeria Quiacutemica Biologravegica i Ambiental

Universitat Autogravenoma de Barcelona

Liacutenies de recerca

- Tractament de depuracioacute drsquoefluents Fongs biodegradacioacute de microcontaminants

-Colorants -Contaminants emergents

Microalgues - Bioremediacioacute aerogravebia en sogravels i llots

Fongs -Degradacioacute de HAPs -Degradacioacute de contaminants emergents

- Valoritzacioacute de residus metanitzacioacute - Bioremediacioacute anaerogravebia drsquoorganoclorats en aquumliacutefers

Bacteris dehalorespiradors

Tratamiento bioloacutegico de aguas residuales industriales

- Antecedentes Digestioacuten Anaerobia de aguas residuales biodegradables - Finals antildeos 80 tratamiento bioloacutegico de efluentes industriales ldquotoacutexicosrdquo

HONGOS

Que hongos Que sabiacuteamos de ellos en 1990 Muy poco

Se estima que existen mas de 15 millones de especies de hongos y se han descrito menos de 100000 Los hongos se han definido como eucariotas heteroacutetrofos que tiacutepicamente desarrollan un cuerpo ramificado (hifas) con propiedades absortivas tubular que estaacute adaptado para entornos heterogeacuteneos

ASPECTOS GENERALES

Lacasa Peroxidasas LiP MnP VP

Citocromo P450

Biodegradar contaminantes xenobioacuteticos y recalcitrantes

Extracelular

Intracelular

Trametes versicolor

Los hongos white-rot crecen sobre la madera y degradan la lignina

Sistema enzimaacutetico no especiacutefico

Phanerochaete chrysosporium

Irpex lacteus

5

Process for the decolorization of pulp mill bleach plant effluent Patent number 4420369 Filed February 25 1982 Issued December 13 1983 Assignee The United States of America as represented by the Secretary of Agriculture Inventors David C Eaton Thomas K Kirk Hou-min Chang

Process of degrading chloro-organics by white-rot fungi US 4554075 A

Nuacutemero de solmiddotlicitud US 06614980

Data de publicacioacute 19 Nov 1985

Data de presentacioacute 29 Maig 1984

Data de prioritat 29 Maig 1984

Estat de la taxa Pagades

Inventors Hou-Min Chang Thomas W Joyce Thomas K Kirk Van-Ba Huynh

Cessionari original North Carolina State University

Efluentes lejiacuteas negras de

papelera (en esteril)

decoloracioacuten

detoxificacioacuten

contenido en fenoles

Lejiacuteas negras Phanerochaete chrysosporium y Trametes

versicolor

Antecedentes Kirk trabajos publicados y patentes

Seguimiento enzimaacutetico

Efluentes liacutequidos lejiacuteas negras de papelera y alpechin

REACTORES

Tanque agitado micelio crecimiento disperso Problemas operacionales

Lecho fluidizado Pellets Todos los hongos forman pellets

Lecho fijo Hongo inmovilizado Problemas operacionales

Produccioacuten de biomasa fuacutengica morfologia en funcion de la aplicacioacuten-reactor

OBJETIVO

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Medio agar (15gL)

Extracto de malta

(20 gL)

135 rpm durante

6 dias y a 25 ordmC

150 mL de extracto de

malta de 20 gL a pH

45

135 rpm

durante 5 dias

y a 25 ordmC

NaCl 08 11 (vv)

PRODUCCIOacuteN DE PELETS (escala Erlenmeier)

250 mL de

extracto

de malta

de 20 gL

a pH 45

1 mL

40 g pellets (peso

humedo)

Aprox

Peso humedopeso

seco = 26

40 g pellets (peso

humedo)L=15 g DCWL

75 mL de

solucion stock

de micelio

Separar el

micelio

A partir de los resultados anteriores seleccionamos

el hongo Trametes versicolor para el tratamiento de efluentes

por su facilidad en formar pellets

la agitacioacuten en cultivos sumergidos no afecta a la produccioacuten

enzimaacutetica

Morfologia-crecimiento mas adecuado

Productor de enzimas extracelulares MnP y Lacasa

Reactor con pellets de T versicolor fluidizados por pulsos de aire

Objetivo demostrar la relacioacuten entre tratamiento

(condiciones esteacuteriles) y produccioacuten enzimaacutetica

Eliminacioacuten de color (80) de lejias

negras de papelera

con Trametes versicolor

1 Efluente inicial 2 Efluente final 3 Efluente + Pellets final

1 2 3

Detoxificacioacuten de lejiacuteas negras por Phanerochaete

chrysosporium inmovilizado y pellets de Trametes

versicolor

Enzyme production (AUh)

0e+0 2e+4 4e+4 6e+4 8e+4 1e+5

Toxic

ity r

ed

uctio

n

0

1

2

3

4

5

6

Enzyme production (AUh)

0e+0 2e+4 4e+4 6e+4 8e+4 1e+5

Toxic

ity r

ed

uctio

n

0

1

2

3

4

5

6

Detoxification = AMnP 6E-05 + 08475

Detoxification = Alaccase 535E-5 + 00278

Aenzyme denotes the amount of enzyme produced (AUh) at the time

when detoxification was calculated

Correlacioacuten entre enzima extracelular y destoxificacioacuten

Ph crysosporium Relacioacuten CN para produccioacuten de MnP T versicolor Relacioacuten CN para produccioacuten de Lacasa

Pero NO correlacioacuten entre eliminacioacuten de color y produccioacuten enzimaacutetica

Enzimas extracelulares

bullEn que tipo de reacciones intervienen Oxidacioacuten hidroxilacioacuten etc bullComo atacan a las moleacuteculas Polimerizacioacuten despolimerizacioacuten rotura de enlaces rotura de anillos aromaacuteticos etchellip

Objetivo Estudio de la degradacioacuten de moleacuteculas y enzimas que intervienen

bullEstudios de degradacioacuten de colorantes textiles bullEstudios de degradacioacuten de disolventes clorados

bullEstudios de degradacioacuten de HAP

bullEstudios de degradacioacuten de contaminantes emergentes

Las aguas procedentes de la industria textil se caracterizan

Hoy en diacutea auacuten no se ha desarrollado un tratamiento bioloacutegico universal de depuracioacuten de aguas residuales textiles

Variedad de colorantes utilizados

Los colorantes son estructuras complejas poco biodegradables y muy estables

El estudio de nuevos tratamientos bioloacutegicos para estos efluentes es una opcioacuten interesante

En las EDAR los colorantes se adsorben sobre la biomasa causando problemas

LA INDUSTRIA TEXTIL y SU PROBLEMAacuteTICA AMBIENTAL

HONGOS

En los experimentos realizados se han conseguido rendimientos

de eliminacioacuten del color de hasta el 90

iquestCual es el mecanismo de eliminacioacuten del

colorante

bull bioadsorcioacuten

bull biotransformacioacuten

t inicial t final

Pelets de T versicolor + colorante Gris Lanaset G Tratamiento en discontinuo

Se ha determinado la capacidad del hongo ligninoliacutetico para degradar el colorante Gris Lanaset G (Mezcla de colorantes metaacutelicos de estructura y composicioacuten no disponible)

Biomass

Cr-dye +

Cr free

Cr-dye +

Cr free

Metal

desorption

FINAL

Cr-dye

Cr-dye +

Cr free

STEP2

Dye in biomass

Cr-dye

INITIAL

t= 0 h

Dye adsorbed

Cr-dye

Cr-dye

degradation

STEP 1

t= 1 ht= 45 d

S

O

L

I

D

P

H

A

S

E

L

I

Q

U

I

D

P

H

A

S

E

Dye

Dye

Dye

adsorption

Dye

Biomass

Cr-dye +

Cr free

Cr-dye +

Cr free

Metal

desorption

FINAL

Cr-dye

Cr-dye +

Cr free

STEP2

Dye in biomass

Cr-dye

INITIAL

t= 0 h

Dye adsorbed

Cr-dye

Cr-dye

degradation

STEP 1

t= 1 ht= 45 d

S

O

L

I

D

P

H

A

S

E

L

I

Q

U

I

D

P

H

A

S

E

Dye

Dye

Dye

adsorption

Dye

MECANISMO DE DEGRADACIOacuteN DEL COLOR

Mecanismo de degradacioacuten de colorantes por

los hongos ligninoliacuteticos

1ra etapa adsorcioacuten en la biomasa del hongo

2ordf etapa degradacioacuten intracelular

En este caso gracias al metal podemos demostrar que la

degradacioacuten tiene lugar en el interior del hongo o al menos parte

de ella

Cual es el papel del enzima extracelular

es la enzima extracelular que estamos midiendo (lacasa) la

responsable de la degradacioacuten

TRATAMIENTO COLORANTE GRIS LANASET G

DEGRADACIOacuteN DEL COLORANTE GRIS LANASET G CON TRAMETES VERSICOLOR

Medida de la enzima lacasa intracelular y extracelular

98 de eliminacioacuten de color a las 75 h

(57 debido a la adsorcioacuten Killed control)

Medio inicial (A) y final (B) del tratamiento

Peacutelets antes (B) y despueacutes del tratamiento (C) y peacutelets tentildeidos con colorante a t=1h (A)

Tiempo (h)

0 50 100 150 200 250 300

Lacasa e

xtr

acelu

lar

tota

l (U

A)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

Lacasa intr

acelu

lar

tota

l (U

A)

0

40

80

120

160

200

240

280

Conc

colo

rante

(gl)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Conc

glu

cosa (

gl)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Activitat extracelular

Activitat intracelular

Colorante

Glucosa

Glu

cosa

(g

l)

Co

lora

nte

(m

gl)

DEGRADACIOacuteN DE COLORANTES TEXTILES

Antes de las 24h deteccioacuten de lacasa intracelular

Si la enzima lacasa es la responsable de la degradacion

Porque utilizar microorganismos y no enzimas

Es mas facil trabajar con enzimas que con

microorganismos

Se puede utilizar la dosis de enzima necesaria

Perohellip

Un unico enzima puede degradar todos los colorantes en un efluente

Los enzimas hasta donde llegan Degradantransformanmineralizan

Un unico enzima puede hacer lo mismo que un microorganismo que es

multienzimaacutetico

APLICACIOacuteN DEL PROCESO DE DECOLORACIOacuteN A DIFERENTES COLORANTES

RESULTADOS DE DEGRADACIOacuteN DE LOS COLORANTES AacuteCIDOS

Colorante Lanasyn Grey

(Azo complejo metaacutelico)

Alizarin Red S

(Antraquinoacutenico)

Acid Fuchsin

(Triarilmetano)

Decoloracioacuten 796 938 9998

Reduccioacuten Toxicidad 12 12 19

O

N

NH

C OEt

O

N

S

O

MeO

O

C

O

OEt

NH R

H+

Cr3+

N

N

R

OO

S O

O

Me

O

O

OH

SO3Na

NH2

SO3

C

H3C

H2N

NaO3S

NH2

SO3Na

DEGRADACIOacuteN DE COLORANTES TEXTILES

ESTUDI DEL PROCEacuteS DEGRADACIOacute DE COLORANTS TEgraveXTILS AMB EL FONG Trametes versicolor

COLORANT Trametes versicolor ENZIM 1210 UL

Nom comuacute Classificacioacute quiacutemica Decoloracioacute

24 i 100 h

Decoloracioacute

24h

Acid Fuchsin Trifenilmetagrave 98-99 28

Acid Green 16 Trifenilmetagrave 90-99 60 gt

24h

Alizarin Red S Antraquinogravenic 92-94 84

Amino Black 10 Diazo 96-99 93

Azocarmine B Quinoneimine 90-99 84

Basic Fuchsin Trifenilmetagrave 12-40 18

Brilliant Green 1 Trifenilmetagrave 55-93 90

Brilliant Green 20 Trifenilmetagrave 76-78 90

Burdeos Lanset B (mescla) 83-88 67

Gris Lanaset G (mescla) 92-98 35

Pardo Lanaset B (mescla) 64-81 60

Lanasyn Grey G Metagravelmiddotlic azoic 72-87 49

Methylene Blue Tiazina 14-28 37

Naphtol Yellow S Nitro 8-50-92 (240h) 0

Orange G Azo 97-99 87

Desactivacioacute enzimagravetica

DEGRADACIOacute DE COLORANTS comparacioacute fong vs enzim lacasa

Biodegradacioacute drsquoaltres famiacutelies de colorants

2D Graph 3

Tems (h)

0 20 40 60 80 100 120

Co

nc

en

tra

cioacute

co

lor

(mg

L)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Ac

tivit

at

(UL

)

0

20

40

60

80

100

120

140

Temps GLG (h) vs GLG (mgl)

Temps OG (h) vs OG (mgl)

Temps AF (h) vs AF (mgl)

Temps GLG-2 (h) vs GLG-2 (mgl)

Temps GLG (h) vs Activitat GLG (UA)

Temps OG (h) vs Activitat OG (UA)

Temps ARS (h) vs Activitat ARS (UA)

Temps GLG-2 (h) vs Activitat GLG-2 (UA) Temps ARS (h) vs ASR (mgl)

Temps AF (h) vs Activitat AF (UA)

DISCONTINUS REPETITS 24 hores

Gris Lanaset G co = 1556 mgL 946 decol

Orange G co = 1509 mgL 974 decol

Alizarin Red S co = 1425 mgL 874 decol

Acid Fuchsin co = 1370 mgL 982 decol

Gris Lanaset G co = 732 mgL 776 decol

Productes de degradacioacute del metabolisme del

fong per diferents famiacutelies de colorants

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 ppmLongitud dona (nm)

350 400 450 500 550 600 650

Absorb

agravencia

00

02

04

06

08

10

Temps 0 min

Temps 8 min

Temps 30 min

Temps 60 min

Temps 2h

Temps 4h

Temps 24h

0 min

4 h

24 h

60 min

2 h

30 min

8 min

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

Brilliant Green 1

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

NH(CH2CH3)2 + +

EL FONG EacuteS CAPACcedil DE DEGRADAR AgraveCID BENZOIC en 24 hores

H-RMN en liacutenea

Orange G

NH2CH2N

NH2

No subproductes

Acid Fuchsin

WRF

Citocromo P450

2 Lacasas

Lignina peroxidasa

Peroxidasa versaacutetil

MnP

1 Pero

xidasas

Enzimas modificadoras de lignina

Trametes versicolor

Enzimas extracelulares Enzimas intracelulares

Hidroxilacioacuten

Epoxidacioacuten

Reduccioacuten Desalquilacioacuten

Oxigenacioacuten

Ruptura C-C

Desmetilacioacuten

Hidroxilacioacuten Dipolimerizacioacuten fenoles

Oxidacioacuten alcoholes

El mecanismo de degradacioacuten de algunos contaminantes no esta ligado a la produccioacuten de los enzimas extracelulares sino al sistema intracelular Cytocromo P450 monooxigenasa

Identificacioacuten gen cyt P450 en P chrysosporium 1997 y en T versicolor 2002

Objetivo desarrollo de proceso

Reactor fludizado por pulsos de aire

Fong en forma de pegravelmiddotlets Biomassa fluiumlditzada per polsos drsquoaire Tordf ograveptima fong 25ordmC pH ograveptim fong 45 Nutrients (CN) y micronutrients Avaluacioacute activitat fuacutengica enzim lacasa Condicions esterils

Temps (d)

0 5 10 15 20

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Laca

sa (

UA

l)

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

Reducc

ioacute d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Glucosa

Lacasa

Reduccioacute de color

TRH (h)

0 20 40 60 80 100 120

mg G

LG e

limin

ats

lmiddoth

0

5

10

15

20

25

30

Experimental

Normativa

Efecte del TRH

TRH 48 h

Temps (d)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Laca

sa (

UA

l)

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

Reducc

ioacute d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Glucosa

Lacasa

Reduccioacute de color

0

20

40

60

80

100

0 7 14 21 28 35 42 49 56 63P

erc

en

tatg

e d

e b

iom

as

sa

()

Temps (d)

gt42 dies

35 dies

28 dies

21 dies

14 dies

7 dies

0 dies

Estrategravegia purga i renovacioacute 13 de la

biomassa cada 7 dies

TRC 21 dies

decoloracions gt 90

distribucioacute drsquoedats constant

82 biomassa amb lt28 dies

Pegraverdua morfologiacutea dels pegravelmiddotlets lisis celmiddotlular

Tiempo (d)0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Laca

sa (

UA

l)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

Reducc

ioacuten d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

10068 525 59 72 4848

- Renovar la biomassa - Ni macro ni micronutrients - Glucosa qualitat industrial - Colorant no estegraveril

Formulacioacute del medi de cultiu

Seleccioacute del bioreactor

Escalat

Escalat de la produccioacute de biomassa

Produccioacute de pegravelmiddotlets clagravessica

Coll drsquoampolla

Cost medi (extracte de malta)

Limitacioacute en la produccioacute a escala Erlenmeyer

Objectius

Morfologia en forma de pelmiddotlets

Mida plusmn 3mm

Pasos experimentals

40 x

Biomassa gt 3 g DCWmiddotl-1

Morfologia adequada

280

598 0

50

100

150

200

250

300

Malt extract Defined medium

Co

st (

euromiddotK

g-1) Reduccioacute de cost 98

Escalat de la produccioacute de biomassa

La enzima lacasa es uno de los principales

catalizadores de la biodegradacioacuten pero no el uacutenico

responsable

El hongo degrada casi todos los colorantes

(algunos si estan en concentraciones subtoacutexicas)

La monitorizacioacuten de la produccioacuten enzimaacutetica y

consumo de glucosa son buenos indicadores de la

actividad metaboacutelica del hongo hay que

suministrar nutrientes para mantener la actividad

enzimaacutetica

El hongo puede degradar metabolitos resultantes

de la degradacioacuten que el enzima lacasa no puede

degradar

Algunas conclusiones

Porque utilizar microorganismos y no enzimas

si es mucho mas facil dosificar enzimas

los efluentes a tratar (liacutequidos o soacutelidos) contienen

una mezcla muy compleja de contaminantes no

podemos optimizar ni el enzima ni las condiciones

es difiacutecil que un enzima pueda degradar todos los

contaminantes presentes

en muchos casos los enzimas solo realizan un paso

de la transformacioacuten y se pueden formar TPs toacutexicos

o no biodegradables

el microorganismo es un sistema multienzimaacutetico

2010 20151985 1990 1995 2000 2005

Cronograma de los trabajos publicados en relacioacuten a biodegradacioacuten de contaminantes por hongos en medio liacutequido

Contaminantes emergentes

Pesticidas (DDT amp DDE)

PCBs HAPs Disolventes clorados

AR de produccioacuten Aceite de oliva

AR de la induacutestria del papel

Retardantes de llama (Bromados)

Faacutermacos

Filtros solares UV

Deteccioacuten faacutermacos en medio ambient

Colorantes sinteacuteticos Explosivos

TNT y nitroglicerina

AR de la industria textil

ASPECTOS GENERALES

A que se llama contaminantes emergentes

Productos considerados contaminantes actualmente pero no en el pasado presentes de forma constante en el medio ambiente a bajas concentraciones provocando problemas en el ecosistema y pendientes de ser regulados en un futuro proacuteximo

Entre ellos se incluyen los faacutermacos drogas de abuso productos asociados a la higiene y cuidado corporal retardantes de llama plaguicidashellip Caracteriacutesticas

alto consumo acumulacioacuten en el medio y organismos potencial disruptor endocrino toxicidadhellip

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

EDAR

Mezcla de ldquocontaminantes emergentesrdquo

metabolitos

substancias conjugadas

EXCRECIOacuteNVERTIDO

Retenidos en los lodos

inalterados

transformados

Mineralizados

Transformados

Inalterados

Presencia en aguas subterraneas superficiales y

sedimentos

Presencia en suelos

efluente

influente

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

bull 2005 la mayoriacutea de estudios realizados se centran en ndash Puesta a punto de meacutetodos analiacuteticos

ndash Deteccioacuten en aguas superficiales y subterraacuteneas

ndash Deteccioacuten en sistemas de tratamiento convencionales (EDARs)

ndash Deteccioacuten en efluentes de hospitales

bull Algunos estudios de degradacioacuten por bacterias en efluentes

bull Escasos (ninguno) estudios de degradacioacuten en lodos

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

HONGOS

Cual es el principal problema que presenta estudiar su degradacioacuten

Las bajas concentraciones en que se encuentran y el

hecho de estar en matrices muy complejas dificulta

su deteccioacuten y cuantificacioacuten

Aplicacioacuten en matrices liquidas y soacutelidas

Matrices liacutequidas

Aguas residuales de hospital

Aguas residuales de la Vila Universitaria

Concentrado de un proceso de membranas

Aguas de un hospital veterinario

Matrices solidas

Lodos de depuradoras urbanas

Lodos de reactor MBR

37 Verlicchi et al J hydrology 2010 also WST 2010

erythromycin (antibiotic)

Iopromide (ICM)

ifosfamide (cytostatic)

Ibuprofen (analgesic)

Glucose

Therapeutic classes contrast media (ICM) heavy metals in a hospital effluentndash Comparison with an urban effluent

Hospital effluent Mean value

Urban effluent Mean value

Degradacioacuten de faacutermacos modelo e identificacioacuten de productos de transformacioacuten en condiciones esteacuteriles

Nos permite demostrar que el hongo es

el responsable de la degradacioacuten

Tratamiento de efluentes reales en condiciones no esteacuteriles Cuantificacioacuten de la eliminacioacuten de faacutermacos y ecotoxicidad

Tratamiento de efluentes por hongos Degradacioacuten de faacutermacos

38

EXPERIMENTOS IN VIVO PARA CUANTIFICAR DEGRADACIOacuteN

EXPERIMENTOS PARA DETERMINAR EL PAPEL DE LOS ENZIMAS

- In vitro Lacasa comercial

- In vivo Inhibidores del citocrom P450 (1-aminobenzotriazole)

ESTUDIO DE LA TOXICIDAD (Microtox regTest )

- Bacteria bioluminescente V ficheri

- EC50 a los 15 min Concentracioacuten que disminuye la luz emitida por la bacteria al 50

- Cuanto mas alta sea la EC50 menor es la toxicidad

ANAgraveLISIS DE FAgraveRMACOS EXTRACCIOacuteN EN FASE SOacuteLIDA i HPLC

IDENTIFICACIOacuteN DE SUBPRODUCTOS Servei RMN-UAB

(Medio + contaminante) (Medio + contaminante+ hongo inactivado)

Adsorcioacuten Degradacioacuten miacutenima

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS INDIVIDUALES

EC50

50

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Control abioacutetico Control inactivado Experimental (Medio + contaminante+hongo activo)

Idaea-CSIC ICRA

Ketoprofeno

Eliminacioacute del 100

Metabolits hidroxilats

Perfil de concentracioacute de subproductes del ketoprofen

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS MODELO

IOPROMIDE degradation in Erlenmeyer flasks by

T versicolor pellets Time course degradation of Iopromide

added at approximately 12 mg L-1 Symbols non-inoculated controls ()

experimental cultures () heat-killed

controls () glucose () and laccase

activity (loz)

62 degradation is

observed after 7days of

exposure and remains

constant until the end of

the experiment

Toxicity by Microtox bioassay

Time EC50 ()

Non-biotic control 2

15min 2

8h 1

1d 43

4d 66

7d 87

12d 110

High toxicity at initial time

(EC50 2) Toxicity decreases

over time

Gros et al 2014 Water Research

Degradacioacuten de farmacos en aguas residuales

en bioreactor

CONDITIONS

Sterile effluent

No sterile

Batch

Continuous

Nutrients addition

Non-nutrients addition

Fluidized bed bioreactors 15

and 10 L

Air pulses

T versicolor in form of pellets

pH (45) and temperature (25ordmC)

control

MONITORING

Pharmaceuticals degradation

Acute toxicity (Microtox)

Laccase glucose etc

101

1-ep

oxyC

BZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Cipro

floxa

cin

50

100

150

200

250

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

Cef

alex

in

Ibup

rofe

n

Aceta

minop

hen

Azitro

micin

1

2

3

4

Ketop

rofe

n

Propr

anolol

Cita

lopr

am

Car

bamaz

epine

Acridon

e

Con

cen

tracioacute

(micro

g L

-1)

000

003

006

009

012

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS (Vila Universitaria de la UAB)

Tratamiento no esteril en batch

Eliminacioacuten completa del 70 de los faacutermacos detectados

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Comparacioacuten de la eliminacioacuten de los faacutermacos por el

hongo versus lodos activados (bibliografia)

Grup Fagravermac Concentracioacute

(microg L-1)

Eliminacioacute estegraveril

()

Eliminacioacute no estegraveril

()

Eliminacioacute per llots activats

() Analgegravesics Acetaminofen 387 100 100 82-99

Ibuprofen 1261 100 100 82-99 Ketoprofen lt048 35 100 lt50 Codeina 002 100 - lt82 Antibiogravetics Azitromicin 431 - 100 lt40

Ciprofloxacin 8471 - 35 50-96 (adsorcioacute) Cefalexin 059 - -51 96 β-blockers Propanolol 006 - 100 59-70 Psiquiatrics Carbamazepina 07 -37 Augmenta lt20 Augmenta

1011- epoxy CBZ 755 100 79 - 2-Hydroxy CBZ 1638 46 100 -

Acridone 101 100 Augmenta - Citalopram 01 100 100 -

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Porcentajes de eliminacioacuten superiores en el tratamiento por hongos

Problema cuantificacioacuten inicial de carbamazepina conjugacioacuten

Ace

tam

inop

hen

Ibup

rofen

Ket

opro

fen

Nap

roxe

n

Salicylic a

cid

Cod

eine

Phe

nazo

ne

Dex

amet

haso

ne

Diclofena

c

Piro

xica

m

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

500

1000

1500

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

50

Tratamiento no esteacuteril Analgeacutesicos

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

46

Cipro

floxa

cin

Oflo

xacin

Clarit

hrom

ycin

Sulfam

etho

xazo

le

Azith

rom

ycin

Met

ronida

zole

Met

ronida

zole-O

H

Trim

etho

prim

Dim

etrid

azole

Ron

idaz

ole

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

35

40

100

150

200

250

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Antibioacuteticos

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

101

1-ep

oxy

CBZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Car

bam

azep

ine

Acr

idon

e

Lora

zepa

m

Cita

lopr

am

Ven

lafaxine

Pra

vast

atin

Olanz

apine

Ser

tralin

e

Fluox

etine

Par

oxet

ine

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

000

025

050

075

100

400800

120016002000

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Faacutermacos de uso psiquiaacutetrico

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Ben

zotri

azole

OP2E

O

Eth

ylpa

rabe

n

Pro

pylpar

aben

BPA

OP

Con

cen

tration

(micro

g L

-1)

0

2

4

6

8

10

20

30

40

50

60

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Compuestos disruptores endocrinos

70 eliminacioacute

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Famiacutelia faacutermacos Tratamiento esteacuteril Tratamiento no esteacuteril

Carga inicial (microg)

Eliminacioacuten ()

Carga inicial (microg)

Eliminacioacute ()

Analgegravesics 1475 180 993 1511 179 988 Antibiogravetics 569 69 861 239 28 908 Cafeiumlna 757 92 79 1490 177 384 EDC 124 15 813 704 84 744 Iopromida 1046 128 755 4197 498 340 Altres fagravermacs 557 68 862 177 21 863 Psiquiagravetrics 3658 447 937 108 13 954 Cantidad total 8185 100 832 8427 100 533

Tratamiento adecuado para degradar faacutermacos en efluents de hospital

Siguiente objetivo Tratamiento en continuo de efluentes

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Fungal inoculated (I)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Non-inoculated (NI)

Non-sterile continuous

treatments of real effluents

VHW treatment

(

) Glucose concentration

(

) COD

(

) Laccase activity

(darr) Fungal biomass partial renovation

(mdash) Glucose addition rate

2 HRT studied

Decrease in laccase activity even with partial biomass renovation

Fungal inoculated (I)

Casas et al 2013 Env Technol 34 113

Glucose 026 g g DCW d

Ammonium 12 mg g DCW d

No glucose accumulation

Need for nutrients

Previous studies in synthetic

media and sterile conditions

CRT

Blaacutenquez et al 2006 Water Res 40 1650

CRT 21 days

13 biomass renovation every 7 days

CRT of 15 days

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Que es lo que sucede

Se muere el hongo aunque estamos renovando la

biomasa no hay suficiente hongo

No hay degradacioacuten

52

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

VHW treatment (2)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

NH4+ addition

PhACs removal

Fungal inoculated (I)

Non-inoculated (NI)

(

) Wastewater (Influent)

(

) Reactor effluent

The analyses have

been performed by

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Microbial community assessment (DGGE)

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Time

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Trametes versicolor

Candida spp

Fusarium solani

Unknown

T versicolor survived until the end of the treatment

laccase activity is not a good indicator

ESCENARIOS DE GESTIOacuteN DE EFLUENTES DE HOSPITAL

EDAR

No eliminacioacuten

de faacutermacos

Dilucioacuten en

el efluente

urbano

Aguas

urbanas

Fong

No eliminacioacuten

de DQO

Hongo Aguas

urbanas

EDAR

HOSPITAL

Srsquoha comprovat la capacitat de T versicolor per degradar fagravermacs

Badiacutea-Fabregat et al 2014 Rodriacuteguez-Rodriacuteguez et al 2014 Cruz-Moratoacute et al 2013

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Inconvenients al tractament drsquo

aiguumles drsquohospitals reals

- Necessitat drsquoaddicionar nutrients - Competegravencia amb bacteris

Possibles solucions Estrategravegies

- Pretractament de lrsquoefluent - Altres configuracions de reactors - Canvi en la font de carboni

Posada a punt del sistema TRH Relacioacute QRQL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

1 2 3

4

5

6

7

1 Tanc drsquoalimentacioacute 2 Tanc de mescla 3 Tanc drsquoeluents de

sortida 4 Bomba de recirculacioacute 5 Bioreactor 6 Entrada drsquoaire 7 Controlador de pH

TRH 3d

QL

QR

QL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

Desenvolupament processos

Efluent hospital

real (HWW)

Aiguumles residuals urbanes

(UWW)

Trametes versicolor

T versicolor crescut sobre fusta

Filtre percolador amb T versicolor crescut sobre fusta

Microalgues Degradacioacute a

escala Erlenmeyer Fotobioreactor FBR

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 2: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

Liacutenies de recerca

- Tractament de depuracioacute drsquoefluents Fongs biodegradacioacute de microcontaminants

-Colorants -Contaminants emergents

Microalgues - Bioremediacioacute aerogravebia en sogravels i llots

Fongs -Degradacioacute de HAPs -Degradacioacute de contaminants emergents

- Valoritzacioacute de residus metanitzacioacute - Bioremediacioacute anaerogravebia drsquoorganoclorats en aquumliacutefers

Bacteris dehalorespiradors

Tratamiento bioloacutegico de aguas residuales industriales

- Antecedentes Digestioacuten Anaerobia de aguas residuales biodegradables - Finals antildeos 80 tratamiento bioloacutegico de efluentes industriales ldquotoacutexicosrdquo

HONGOS

Que hongos Que sabiacuteamos de ellos en 1990 Muy poco

Se estima que existen mas de 15 millones de especies de hongos y se han descrito menos de 100000 Los hongos se han definido como eucariotas heteroacutetrofos que tiacutepicamente desarrollan un cuerpo ramificado (hifas) con propiedades absortivas tubular que estaacute adaptado para entornos heterogeacuteneos

ASPECTOS GENERALES

Lacasa Peroxidasas LiP MnP VP

Citocromo P450

Biodegradar contaminantes xenobioacuteticos y recalcitrantes

Extracelular

Intracelular

Trametes versicolor

Los hongos white-rot crecen sobre la madera y degradan la lignina

Sistema enzimaacutetico no especiacutefico

Phanerochaete chrysosporium

Irpex lacteus

5

Process for the decolorization of pulp mill bleach plant effluent Patent number 4420369 Filed February 25 1982 Issued December 13 1983 Assignee The United States of America as represented by the Secretary of Agriculture Inventors David C Eaton Thomas K Kirk Hou-min Chang

Process of degrading chloro-organics by white-rot fungi US 4554075 A

Nuacutemero de solmiddotlicitud US 06614980

Data de publicacioacute 19 Nov 1985

Data de presentacioacute 29 Maig 1984

Data de prioritat 29 Maig 1984

Estat de la taxa Pagades

Inventors Hou-Min Chang Thomas W Joyce Thomas K Kirk Van-Ba Huynh

Cessionari original North Carolina State University

Efluentes lejiacuteas negras de

papelera (en esteril)

decoloracioacuten

detoxificacioacuten

contenido en fenoles

Lejiacuteas negras Phanerochaete chrysosporium y Trametes

versicolor

Antecedentes Kirk trabajos publicados y patentes

Seguimiento enzimaacutetico

Efluentes liacutequidos lejiacuteas negras de papelera y alpechin

REACTORES

Tanque agitado micelio crecimiento disperso Problemas operacionales

Lecho fluidizado Pellets Todos los hongos forman pellets

Lecho fijo Hongo inmovilizado Problemas operacionales

Produccioacuten de biomasa fuacutengica morfologia en funcion de la aplicacioacuten-reactor

OBJETIVO

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Medio agar (15gL)

Extracto de malta

(20 gL)

135 rpm durante

6 dias y a 25 ordmC

150 mL de extracto de

malta de 20 gL a pH

45

135 rpm

durante 5 dias

y a 25 ordmC

NaCl 08 11 (vv)

PRODUCCIOacuteN DE PELETS (escala Erlenmeier)

250 mL de

extracto

de malta

de 20 gL

a pH 45

1 mL

40 g pellets (peso

humedo)

Aprox

Peso humedopeso

seco = 26

40 g pellets (peso

humedo)L=15 g DCWL

75 mL de

solucion stock

de micelio

Separar el

micelio

A partir de los resultados anteriores seleccionamos

el hongo Trametes versicolor para el tratamiento de efluentes

por su facilidad en formar pellets

la agitacioacuten en cultivos sumergidos no afecta a la produccioacuten

enzimaacutetica

Morfologia-crecimiento mas adecuado

Productor de enzimas extracelulares MnP y Lacasa

Reactor con pellets de T versicolor fluidizados por pulsos de aire

Objetivo demostrar la relacioacuten entre tratamiento

(condiciones esteacuteriles) y produccioacuten enzimaacutetica

Eliminacioacuten de color (80) de lejias

negras de papelera

con Trametes versicolor

1 Efluente inicial 2 Efluente final 3 Efluente + Pellets final

1 2 3

Detoxificacioacuten de lejiacuteas negras por Phanerochaete

chrysosporium inmovilizado y pellets de Trametes

versicolor

Enzyme production (AUh)

0e+0 2e+4 4e+4 6e+4 8e+4 1e+5

Toxic

ity r

ed

uctio

n

0

1

2

3

4

5

6

Enzyme production (AUh)

0e+0 2e+4 4e+4 6e+4 8e+4 1e+5

Toxic

ity r

ed

uctio

n

0

1

2

3

4

5

6

Detoxification = AMnP 6E-05 + 08475

Detoxification = Alaccase 535E-5 + 00278

Aenzyme denotes the amount of enzyme produced (AUh) at the time

when detoxification was calculated

Correlacioacuten entre enzima extracelular y destoxificacioacuten

Ph crysosporium Relacioacuten CN para produccioacuten de MnP T versicolor Relacioacuten CN para produccioacuten de Lacasa

Pero NO correlacioacuten entre eliminacioacuten de color y produccioacuten enzimaacutetica

Enzimas extracelulares

bullEn que tipo de reacciones intervienen Oxidacioacuten hidroxilacioacuten etc bullComo atacan a las moleacuteculas Polimerizacioacuten despolimerizacioacuten rotura de enlaces rotura de anillos aromaacuteticos etchellip

Objetivo Estudio de la degradacioacuten de moleacuteculas y enzimas que intervienen

bullEstudios de degradacioacuten de colorantes textiles bullEstudios de degradacioacuten de disolventes clorados

bullEstudios de degradacioacuten de HAP

bullEstudios de degradacioacuten de contaminantes emergentes

Las aguas procedentes de la industria textil se caracterizan

Hoy en diacutea auacuten no se ha desarrollado un tratamiento bioloacutegico universal de depuracioacuten de aguas residuales textiles

Variedad de colorantes utilizados

Los colorantes son estructuras complejas poco biodegradables y muy estables

El estudio de nuevos tratamientos bioloacutegicos para estos efluentes es una opcioacuten interesante

En las EDAR los colorantes se adsorben sobre la biomasa causando problemas

LA INDUSTRIA TEXTIL y SU PROBLEMAacuteTICA AMBIENTAL

HONGOS

En los experimentos realizados se han conseguido rendimientos

de eliminacioacuten del color de hasta el 90

iquestCual es el mecanismo de eliminacioacuten del

colorante

bull bioadsorcioacuten

bull biotransformacioacuten

t inicial t final

Pelets de T versicolor + colorante Gris Lanaset G Tratamiento en discontinuo

Se ha determinado la capacidad del hongo ligninoliacutetico para degradar el colorante Gris Lanaset G (Mezcla de colorantes metaacutelicos de estructura y composicioacuten no disponible)

Biomass

Cr-dye +

Cr free

Cr-dye +

Cr free

Metal

desorption

FINAL

Cr-dye

Cr-dye +

Cr free

STEP2

Dye in biomass

Cr-dye

INITIAL

t= 0 h

Dye adsorbed

Cr-dye

Cr-dye

degradation

STEP 1

t= 1 ht= 45 d

S

O

L

I

D

P

H

A

S

E

L

I

Q

U

I

D

P

H

A

S

E

Dye

Dye

Dye

adsorption

Dye

Biomass

Cr-dye +

Cr free

Cr-dye +

Cr free

Metal

desorption

FINAL

Cr-dye

Cr-dye +

Cr free

STEP2

Dye in biomass

Cr-dye

INITIAL

t= 0 h

Dye adsorbed

Cr-dye

Cr-dye

degradation

STEP 1

t= 1 ht= 45 d

S

O

L

I

D

P

H

A

S

E

L

I

Q

U

I

D

P

H

A

S

E

Dye

Dye

Dye

adsorption

Dye

MECANISMO DE DEGRADACIOacuteN DEL COLOR

Mecanismo de degradacioacuten de colorantes por

los hongos ligninoliacuteticos

1ra etapa adsorcioacuten en la biomasa del hongo

2ordf etapa degradacioacuten intracelular

En este caso gracias al metal podemos demostrar que la

degradacioacuten tiene lugar en el interior del hongo o al menos parte

de ella

Cual es el papel del enzima extracelular

es la enzima extracelular que estamos midiendo (lacasa) la

responsable de la degradacioacuten

TRATAMIENTO COLORANTE GRIS LANASET G

DEGRADACIOacuteN DEL COLORANTE GRIS LANASET G CON TRAMETES VERSICOLOR

Medida de la enzima lacasa intracelular y extracelular

98 de eliminacioacuten de color a las 75 h

(57 debido a la adsorcioacuten Killed control)

Medio inicial (A) y final (B) del tratamiento

Peacutelets antes (B) y despueacutes del tratamiento (C) y peacutelets tentildeidos con colorante a t=1h (A)

Tiempo (h)

0 50 100 150 200 250 300

Lacasa e

xtr

acelu

lar

tota

l (U

A)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

Lacasa intr

acelu

lar

tota

l (U

A)

0

40

80

120

160

200

240

280

Conc

colo

rante

(gl)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Conc

glu

cosa (

gl)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Activitat extracelular

Activitat intracelular

Colorante

Glucosa

Glu

cosa

(g

l)

Co

lora

nte

(m

gl)

DEGRADACIOacuteN DE COLORANTES TEXTILES

Antes de las 24h deteccioacuten de lacasa intracelular

Si la enzima lacasa es la responsable de la degradacion

Porque utilizar microorganismos y no enzimas

Es mas facil trabajar con enzimas que con

microorganismos

Se puede utilizar la dosis de enzima necesaria

Perohellip

Un unico enzima puede degradar todos los colorantes en un efluente

Los enzimas hasta donde llegan Degradantransformanmineralizan

Un unico enzima puede hacer lo mismo que un microorganismo que es

multienzimaacutetico

APLICACIOacuteN DEL PROCESO DE DECOLORACIOacuteN A DIFERENTES COLORANTES

RESULTADOS DE DEGRADACIOacuteN DE LOS COLORANTES AacuteCIDOS

Colorante Lanasyn Grey

(Azo complejo metaacutelico)

Alizarin Red S

(Antraquinoacutenico)

Acid Fuchsin

(Triarilmetano)

Decoloracioacuten 796 938 9998

Reduccioacuten Toxicidad 12 12 19

O

N

NH

C OEt

O

N

S

O

MeO

O

C

O

OEt

NH R

H+

Cr3+

N

N

R

OO

S O

O

Me

O

O

OH

SO3Na

NH2

SO3

C

H3C

H2N

NaO3S

NH2

SO3Na

DEGRADACIOacuteN DE COLORANTES TEXTILES

ESTUDI DEL PROCEacuteS DEGRADACIOacute DE COLORANTS TEgraveXTILS AMB EL FONG Trametes versicolor

COLORANT Trametes versicolor ENZIM 1210 UL

Nom comuacute Classificacioacute quiacutemica Decoloracioacute

24 i 100 h

Decoloracioacute

24h

Acid Fuchsin Trifenilmetagrave 98-99 28

Acid Green 16 Trifenilmetagrave 90-99 60 gt

24h

Alizarin Red S Antraquinogravenic 92-94 84

Amino Black 10 Diazo 96-99 93

Azocarmine B Quinoneimine 90-99 84

Basic Fuchsin Trifenilmetagrave 12-40 18

Brilliant Green 1 Trifenilmetagrave 55-93 90

Brilliant Green 20 Trifenilmetagrave 76-78 90

Burdeos Lanset B (mescla) 83-88 67

Gris Lanaset G (mescla) 92-98 35

Pardo Lanaset B (mescla) 64-81 60

Lanasyn Grey G Metagravelmiddotlic azoic 72-87 49

Methylene Blue Tiazina 14-28 37

Naphtol Yellow S Nitro 8-50-92 (240h) 0

Orange G Azo 97-99 87

Desactivacioacute enzimagravetica

DEGRADACIOacute DE COLORANTS comparacioacute fong vs enzim lacasa

Biodegradacioacute drsquoaltres famiacutelies de colorants

2D Graph 3

Tems (h)

0 20 40 60 80 100 120

Co

nc

en

tra

cioacute

co

lor

(mg

L)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Ac

tivit

at

(UL

)

0

20

40

60

80

100

120

140

Temps GLG (h) vs GLG (mgl)

Temps OG (h) vs OG (mgl)

Temps AF (h) vs AF (mgl)

Temps GLG-2 (h) vs GLG-2 (mgl)

Temps GLG (h) vs Activitat GLG (UA)

Temps OG (h) vs Activitat OG (UA)

Temps ARS (h) vs Activitat ARS (UA)

Temps GLG-2 (h) vs Activitat GLG-2 (UA) Temps ARS (h) vs ASR (mgl)

Temps AF (h) vs Activitat AF (UA)

DISCONTINUS REPETITS 24 hores

Gris Lanaset G co = 1556 mgL 946 decol

Orange G co = 1509 mgL 974 decol

Alizarin Red S co = 1425 mgL 874 decol

Acid Fuchsin co = 1370 mgL 982 decol

Gris Lanaset G co = 732 mgL 776 decol

Productes de degradacioacute del metabolisme del

fong per diferents famiacutelies de colorants

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 ppmLongitud dona (nm)

350 400 450 500 550 600 650

Absorb

agravencia

00

02

04

06

08

10

Temps 0 min

Temps 8 min

Temps 30 min

Temps 60 min

Temps 2h

Temps 4h

Temps 24h

0 min

4 h

24 h

60 min

2 h

30 min

8 min

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

Brilliant Green 1

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

NH(CH2CH3)2 + +

EL FONG EacuteS CAPACcedil DE DEGRADAR AgraveCID BENZOIC en 24 hores

H-RMN en liacutenea

Orange G

NH2CH2N

NH2

No subproductes

Acid Fuchsin

WRF

Citocromo P450

2 Lacasas

Lignina peroxidasa

Peroxidasa versaacutetil

MnP

1 Pero

xidasas

Enzimas modificadoras de lignina

Trametes versicolor

Enzimas extracelulares Enzimas intracelulares

Hidroxilacioacuten

Epoxidacioacuten

Reduccioacuten Desalquilacioacuten

Oxigenacioacuten

Ruptura C-C

Desmetilacioacuten

Hidroxilacioacuten Dipolimerizacioacuten fenoles

Oxidacioacuten alcoholes

El mecanismo de degradacioacuten de algunos contaminantes no esta ligado a la produccioacuten de los enzimas extracelulares sino al sistema intracelular Cytocromo P450 monooxigenasa

Identificacioacuten gen cyt P450 en P chrysosporium 1997 y en T versicolor 2002

Objetivo desarrollo de proceso

Reactor fludizado por pulsos de aire

Fong en forma de pegravelmiddotlets Biomassa fluiumlditzada per polsos drsquoaire Tordf ograveptima fong 25ordmC pH ograveptim fong 45 Nutrients (CN) y micronutrients Avaluacioacute activitat fuacutengica enzim lacasa Condicions esterils

Temps (d)

0 5 10 15 20

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Laca

sa (

UA

l)

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

Reducc

ioacute d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Glucosa

Lacasa

Reduccioacute de color

TRH (h)

0 20 40 60 80 100 120

mg G

LG e

limin

ats

lmiddoth

0

5

10

15

20

25

30

Experimental

Normativa

Efecte del TRH

TRH 48 h

Temps (d)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Laca

sa (

UA

l)

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

Reducc

ioacute d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Glucosa

Lacasa

Reduccioacute de color

0

20

40

60

80

100

0 7 14 21 28 35 42 49 56 63P

erc

en

tatg

e d

e b

iom

as

sa

()

Temps (d)

gt42 dies

35 dies

28 dies

21 dies

14 dies

7 dies

0 dies

Estrategravegia purga i renovacioacute 13 de la

biomassa cada 7 dies

TRC 21 dies

decoloracions gt 90

distribucioacute drsquoedats constant

82 biomassa amb lt28 dies

Pegraverdua morfologiacutea dels pegravelmiddotlets lisis celmiddotlular

Tiempo (d)0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Laca

sa (

UA

l)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

Reducc

ioacuten d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

10068 525 59 72 4848

- Renovar la biomassa - Ni macro ni micronutrients - Glucosa qualitat industrial - Colorant no estegraveril

Formulacioacute del medi de cultiu

Seleccioacute del bioreactor

Escalat

Escalat de la produccioacute de biomassa

Produccioacute de pegravelmiddotlets clagravessica

Coll drsquoampolla

Cost medi (extracte de malta)

Limitacioacute en la produccioacute a escala Erlenmeyer

Objectius

Morfologia en forma de pelmiddotlets

Mida plusmn 3mm

Pasos experimentals

40 x

Biomassa gt 3 g DCWmiddotl-1

Morfologia adequada

280

598 0

50

100

150

200

250

300

Malt extract Defined medium

Co

st (

euromiddotK

g-1) Reduccioacute de cost 98

Escalat de la produccioacute de biomassa

La enzima lacasa es uno de los principales

catalizadores de la biodegradacioacuten pero no el uacutenico

responsable

El hongo degrada casi todos los colorantes

(algunos si estan en concentraciones subtoacutexicas)

La monitorizacioacuten de la produccioacuten enzimaacutetica y

consumo de glucosa son buenos indicadores de la

actividad metaboacutelica del hongo hay que

suministrar nutrientes para mantener la actividad

enzimaacutetica

El hongo puede degradar metabolitos resultantes

de la degradacioacuten que el enzima lacasa no puede

degradar

Algunas conclusiones

Porque utilizar microorganismos y no enzimas

si es mucho mas facil dosificar enzimas

los efluentes a tratar (liacutequidos o soacutelidos) contienen

una mezcla muy compleja de contaminantes no

podemos optimizar ni el enzima ni las condiciones

es difiacutecil que un enzima pueda degradar todos los

contaminantes presentes

en muchos casos los enzimas solo realizan un paso

de la transformacioacuten y se pueden formar TPs toacutexicos

o no biodegradables

el microorganismo es un sistema multienzimaacutetico

2010 20151985 1990 1995 2000 2005

Cronograma de los trabajos publicados en relacioacuten a biodegradacioacuten de contaminantes por hongos en medio liacutequido

Contaminantes emergentes

Pesticidas (DDT amp DDE)

PCBs HAPs Disolventes clorados

AR de produccioacuten Aceite de oliva

AR de la induacutestria del papel

Retardantes de llama (Bromados)

Faacutermacos

Filtros solares UV

Deteccioacuten faacutermacos en medio ambient

Colorantes sinteacuteticos Explosivos

TNT y nitroglicerina

AR de la industria textil

ASPECTOS GENERALES

A que se llama contaminantes emergentes

Productos considerados contaminantes actualmente pero no en el pasado presentes de forma constante en el medio ambiente a bajas concentraciones provocando problemas en el ecosistema y pendientes de ser regulados en un futuro proacuteximo

Entre ellos se incluyen los faacutermacos drogas de abuso productos asociados a la higiene y cuidado corporal retardantes de llama plaguicidashellip Caracteriacutesticas

alto consumo acumulacioacuten en el medio y organismos potencial disruptor endocrino toxicidadhellip

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

EDAR

Mezcla de ldquocontaminantes emergentesrdquo

metabolitos

substancias conjugadas

EXCRECIOacuteNVERTIDO

Retenidos en los lodos

inalterados

transformados

Mineralizados

Transformados

Inalterados

Presencia en aguas subterraneas superficiales y

sedimentos

Presencia en suelos

efluente

influente

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

bull 2005 la mayoriacutea de estudios realizados se centran en ndash Puesta a punto de meacutetodos analiacuteticos

ndash Deteccioacuten en aguas superficiales y subterraacuteneas

ndash Deteccioacuten en sistemas de tratamiento convencionales (EDARs)

ndash Deteccioacuten en efluentes de hospitales

bull Algunos estudios de degradacioacuten por bacterias en efluentes

bull Escasos (ninguno) estudios de degradacioacuten en lodos

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

HONGOS

Cual es el principal problema que presenta estudiar su degradacioacuten

Las bajas concentraciones en que se encuentran y el

hecho de estar en matrices muy complejas dificulta

su deteccioacuten y cuantificacioacuten

Aplicacioacuten en matrices liquidas y soacutelidas

Matrices liacutequidas

Aguas residuales de hospital

Aguas residuales de la Vila Universitaria

Concentrado de un proceso de membranas

Aguas de un hospital veterinario

Matrices solidas

Lodos de depuradoras urbanas

Lodos de reactor MBR

37 Verlicchi et al J hydrology 2010 also WST 2010

erythromycin (antibiotic)

Iopromide (ICM)

ifosfamide (cytostatic)

Ibuprofen (analgesic)

Glucose

Therapeutic classes contrast media (ICM) heavy metals in a hospital effluentndash Comparison with an urban effluent

Hospital effluent Mean value

Urban effluent Mean value

Degradacioacuten de faacutermacos modelo e identificacioacuten de productos de transformacioacuten en condiciones esteacuteriles

Nos permite demostrar que el hongo es

el responsable de la degradacioacuten

Tratamiento de efluentes reales en condiciones no esteacuteriles Cuantificacioacuten de la eliminacioacuten de faacutermacos y ecotoxicidad

Tratamiento de efluentes por hongos Degradacioacuten de faacutermacos

38

EXPERIMENTOS IN VIVO PARA CUANTIFICAR DEGRADACIOacuteN

EXPERIMENTOS PARA DETERMINAR EL PAPEL DE LOS ENZIMAS

- In vitro Lacasa comercial

- In vivo Inhibidores del citocrom P450 (1-aminobenzotriazole)

ESTUDIO DE LA TOXICIDAD (Microtox regTest )

- Bacteria bioluminescente V ficheri

- EC50 a los 15 min Concentracioacuten que disminuye la luz emitida por la bacteria al 50

- Cuanto mas alta sea la EC50 menor es la toxicidad

ANAgraveLISIS DE FAgraveRMACOS EXTRACCIOacuteN EN FASE SOacuteLIDA i HPLC

IDENTIFICACIOacuteN DE SUBPRODUCTOS Servei RMN-UAB

(Medio + contaminante) (Medio + contaminante+ hongo inactivado)

Adsorcioacuten Degradacioacuten miacutenima

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS INDIVIDUALES

EC50

50

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Control abioacutetico Control inactivado Experimental (Medio + contaminante+hongo activo)

Idaea-CSIC ICRA

Ketoprofeno

Eliminacioacute del 100

Metabolits hidroxilats

Perfil de concentracioacute de subproductes del ketoprofen

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS MODELO

IOPROMIDE degradation in Erlenmeyer flasks by

T versicolor pellets Time course degradation of Iopromide

added at approximately 12 mg L-1 Symbols non-inoculated controls ()

experimental cultures () heat-killed

controls () glucose () and laccase

activity (loz)

62 degradation is

observed after 7days of

exposure and remains

constant until the end of

the experiment

Toxicity by Microtox bioassay

Time EC50 ()

Non-biotic control 2

15min 2

8h 1

1d 43

4d 66

7d 87

12d 110

High toxicity at initial time

(EC50 2) Toxicity decreases

over time

Gros et al 2014 Water Research

Degradacioacuten de farmacos en aguas residuales

en bioreactor

CONDITIONS

Sterile effluent

No sterile

Batch

Continuous

Nutrients addition

Non-nutrients addition

Fluidized bed bioreactors 15

and 10 L

Air pulses

T versicolor in form of pellets

pH (45) and temperature (25ordmC)

control

MONITORING

Pharmaceuticals degradation

Acute toxicity (Microtox)

Laccase glucose etc

101

1-ep

oxyC

BZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Cipro

floxa

cin

50

100

150

200

250

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

Cef

alex

in

Ibup

rofe

n

Aceta

minop

hen

Azitro

micin

1

2

3

4

Ketop

rofe

n

Propr

anolol

Cita

lopr

am

Car

bamaz

epine

Acridon

e

Con

cen

tracioacute

(micro

g L

-1)

000

003

006

009

012

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS (Vila Universitaria de la UAB)

Tratamiento no esteril en batch

Eliminacioacuten completa del 70 de los faacutermacos detectados

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Comparacioacuten de la eliminacioacuten de los faacutermacos por el

hongo versus lodos activados (bibliografia)

Grup Fagravermac Concentracioacute

(microg L-1)

Eliminacioacute estegraveril

()

Eliminacioacute no estegraveril

()

Eliminacioacute per llots activats

() Analgegravesics Acetaminofen 387 100 100 82-99

Ibuprofen 1261 100 100 82-99 Ketoprofen lt048 35 100 lt50 Codeina 002 100 - lt82 Antibiogravetics Azitromicin 431 - 100 lt40

Ciprofloxacin 8471 - 35 50-96 (adsorcioacute) Cefalexin 059 - -51 96 β-blockers Propanolol 006 - 100 59-70 Psiquiatrics Carbamazepina 07 -37 Augmenta lt20 Augmenta

1011- epoxy CBZ 755 100 79 - 2-Hydroxy CBZ 1638 46 100 -

Acridone 101 100 Augmenta - Citalopram 01 100 100 -

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Porcentajes de eliminacioacuten superiores en el tratamiento por hongos

Problema cuantificacioacuten inicial de carbamazepina conjugacioacuten

Ace

tam

inop

hen

Ibup

rofen

Ket

opro

fen

Nap

roxe

n

Salicylic a

cid

Cod

eine

Phe

nazo

ne

Dex

amet

haso

ne

Diclofena

c

Piro

xica

m

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

500

1000

1500

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

50

Tratamiento no esteacuteril Analgeacutesicos

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

46

Cipro

floxa

cin

Oflo

xacin

Clarit

hrom

ycin

Sulfam

etho

xazo

le

Azith

rom

ycin

Met

ronida

zole

Met

ronida

zole-O

H

Trim

etho

prim

Dim

etrid

azole

Ron

idaz

ole

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

35

40

100

150

200

250

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Antibioacuteticos

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

101

1-ep

oxy

CBZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Car

bam

azep

ine

Acr

idon

e

Lora

zepa

m

Cita

lopr

am

Ven

lafaxine

Pra

vast

atin

Olanz

apine

Ser

tralin

e

Fluox

etine

Par

oxet

ine

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

000

025

050

075

100

400800

120016002000

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Faacutermacos de uso psiquiaacutetrico

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Ben

zotri

azole

OP2E

O

Eth

ylpa

rabe

n

Pro

pylpar

aben

BPA

OP

Con

cen

tration

(micro

g L

-1)

0

2

4

6

8

10

20

30

40

50

60

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Compuestos disruptores endocrinos

70 eliminacioacute

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Famiacutelia faacutermacos Tratamiento esteacuteril Tratamiento no esteacuteril

Carga inicial (microg)

Eliminacioacuten ()

Carga inicial (microg)

Eliminacioacute ()

Analgegravesics 1475 180 993 1511 179 988 Antibiogravetics 569 69 861 239 28 908 Cafeiumlna 757 92 79 1490 177 384 EDC 124 15 813 704 84 744 Iopromida 1046 128 755 4197 498 340 Altres fagravermacs 557 68 862 177 21 863 Psiquiagravetrics 3658 447 937 108 13 954 Cantidad total 8185 100 832 8427 100 533

Tratamiento adecuado para degradar faacutermacos en efluents de hospital

Siguiente objetivo Tratamiento en continuo de efluentes

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Fungal inoculated (I)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Non-inoculated (NI)

Non-sterile continuous

treatments of real effluents

VHW treatment

(

) Glucose concentration

(

) COD

(

) Laccase activity

(darr) Fungal biomass partial renovation

(mdash) Glucose addition rate

2 HRT studied

Decrease in laccase activity even with partial biomass renovation

Fungal inoculated (I)

Casas et al 2013 Env Technol 34 113

Glucose 026 g g DCW d

Ammonium 12 mg g DCW d

No glucose accumulation

Need for nutrients

Previous studies in synthetic

media and sterile conditions

CRT

Blaacutenquez et al 2006 Water Res 40 1650

CRT 21 days

13 biomass renovation every 7 days

CRT of 15 days

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Que es lo que sucede

Se muere el hongo aunque estamos renovando la

biomasa no hay suficiente hongo

No hay degradacioacuten

52

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

VHW treatment (2)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

NH4+ addition

PhACs removal

Fungal inoculated (I)

Non-inoculated (NI)

(

) Wastewater (Influent)

(

) Reactor effluent

The analyses have

been performed by

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Microbial community assessment (DGGE)

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Time

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Trametes versicolor

Candida spp

Fusarium solani

Unknown

T versicolor survived until the end of the treatment

laccase activity is not a good indicator

ESCENARIOS DE GESTIOacuteN DE EFLUENTES DE HOSPITAL

EDAR

No eliminacioacuten

de faacutermacos

Dilucioacuten en

el efluente

urbano

Aguas

urbanas

Fong

No eliminacioacuten

de DQO

Hongo Aguas

urbanas

EDAR

HOSPITAL

Srsquoha comprovat la capacitat de T versicolor per degradar fagravermacs

Badiacutea-Fabregat et al 2014 Rodriacuteguez-Rodriacuteguez et al 2014 Cruz-Moratoacute et al 2013

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Inconvenients al tractament drsquo

aiguumles drsquohospitals reals

- Necessitat drsquoaddicionar nutrients - Competegravencia amb bacteris

Possibles solucions Estrategravegies

- Pretractament de lrsquoefluent - Altres configuracions de reactors - Canvi en la font de carboni

Posada a punt del sistema TRH Relacioacute QRQL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

1 2 3

4

5

6

7

1 Tanc drsquoalimentacioacute 2 Tanc de mescla 3 Tanc drsquoeluents de

sortida 4 Bomba de recirculacioacute 5 Bioreactor 6 Entrada drsquoaire 7 Controlador de pH

TRH 3d

QL

QR

QL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

Desenvolupament processos

Efluent hospital

real (HWW)

Aiguumles residuals urbanes

(UWW)

Trametes versicolor

T versicolor crescut sobre fusta

Filtre percolador amb T versicolor crescut sobre fusta

Microalgues Degradacioacute a

escala Erlenmeyer Fotobioreactor FBR

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

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Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 3: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

Tratamiento bioloacutegico de aguas residuales industriales

- Antecedentes Digestioacuten Anaerobia de aguas residuales biodegradables - Finals antildeos 80 tratamiento bioloacutegico de efluentes industriales ldquotoacutexicosrdquo

HONGOS

Que hongos Que sabiacuteamos de ellos en 1990 Muy poco

Se estima que existen mas de 15 millones de especies de hongos y se han descrito menos de 100000 Los hongos se han definido como eucariotas heteroacutetrofos que tiacutepicamente desarrollan un cuerpo ramificado (hifas) con propiedades absortivas tubular que estaacute adaptado para entornos heterogeacuteneos

ASPECTOS GENERALES

Lacasa Peroxidasas LiP MnP VP

Citocromo P450

Biodegradar contaminantes xenobioacuteticos y recalcitrantes

Extracelular

Intracelular

Trametes versicolor

Los hongos white-rot crecen sobre la madera y degradan la lignina

Sistema enzimaacutetico no especiacutefico

Phanerochaete chrysosporium

Irpex lacteus

5

Process for the decolorization of pulp mill bleach plant effluent Patent number 4420369 Filed February 25 1982 Issued December 13 1983 Assignee The United States of America as represented by the Secretary of Agriculture Inventors David C Eaton Thomas K Kirk Hou-min Chang

Process of degrading chloro-organics by white-rot fungi US 4554075 A

Nuacutemero de solmiddotlicitud US 06614980

Data de publicacioacute 19 Nov 1985

Data de presentacioacute 29 Maig 1984

Data de prioritat 29 Maig 1984

Estat de la taxa Pagades

Inventors Hou-Min Chang Thomas W Joyce Thomas K Kirk Van-Ba Huynh

Cessionari original North Carolina State University

Efluentes lejiacuteas negras de

papelera (en esteril)

decoloracioacuten

detoxificacioacuten

contenido en fenoles

Lejiacuteas negras Phanerochaete chrysosporium y Trametes

versicolor

Antecedentes Kirk trabajos publicados y patentes

Seguimiento enzimaacutetico

Efluentes liacutequidos lejiacuteas negras de papelera y alpechin

REACTORES

Tanque agitado micelio crecimiento disperso Problemas operacionales

Lecho fluidizado Pellets Todos los hongos forman pellets

Lecho fijo Hongo inmovilizado Problemas operacionales

Produccioacuten de biomasa fuacutengica morfologia en funcion de la aplicacioacuten-reactor

OBJETIVO

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Medio agar (15gL)

Extracto de malta

(20 gL)

135 rpm durante

6 dias y a 25 ordmC

150 mL de extracto de

malta de 20 gL a pH

45

135 rpm

durante 5 dias

y a 25 ordmC

NaCl 08 11 (vv)

PRODUCCIOacuteN DE PELETS (escala Erlenmeier)

250 mL de

extracto

de malta

de 20 gL

a pH 45

1 mL

40 g pellets (peso

humedo)

Aprox

Peso humedopeso

seco = 26

40 g pellets (peso

humedo)L=15 g DCWL

75 mL de

solucion stock

de micelio

Separar el

micelio

A partir de los resultados anteriores seleccionamos

el hongo Trametes versicolor para el tratamiento de efluentes

por su facilidad en formar pellets

la agitacioacuten en cultivos sumergidos no afecta a la produccioacuten

enzimaacutetica

Morfologia-crecimiento mas adecuado

Productor de enzimas extracelulares MnP y Lacasa

Reactor con pellets de T versicolor fluidizados por pulsos de aire

Objetivo demostrar la relacioacuten entre tratamiento

(condiciones esteacuteriles) y produccioacuten enzimaacutetica

Eliminacioacuten de color (80) de lejias

negras de papelera

con Trametes versicolor

1 Efluente inicial 2 Efluente final 3 Efluente + Pellets final

1 2 3

Detoxificacioacuten de lejiacuteas negras por Phanerochaete

chrysosporium inmovilizado y pellets de Trametes

versicolor

Enzyme production (AUh)

0e+0 2e+4 4e+4 6e+4 8e+4 1e+5

Toxic

ity r

ed

uctio

n

0

1

2

3

4

5

6

Enzyme production (AUh)

0e+0 2e+4 4e+4 6e+4 8e+4 1e+5

Toxic

ity r

ed

uctio

n

0

1

2

3

4

5

6

Detoxification = AMnP 6E-05 + 08475

Detoxification = Alaccase 535E-5 + 00278

Aenzyme denotes the amount of enzyme produced (AUh) at the time

when detoxification was calculated

Correlacioacuten entre enzima extracelular y destoxificacioacuten

Ph crysosporium Relacioacuten CN para produccioacuten de MnP T versicolor Relacioacuten CN para produccioacuten de Lacasa

Pero NO correlacioacuten entre eliminacioacuten de color y produccioacuten enzimaacutetica

Enzimas extracelulares

bullEn que tipo de reacciones intervienen Oxidacioacuten hidroxilacioacuten etc bullComo atacan a las moleacuteculas Polimerizacioacuten despolimerizacioacuten rotura de enlaces rotura de anillos aromaacuteticos etchellip

Objetivo Estudio de la degradacioacuten de moleacuteculas y enzimas que intervienen

bullEstudios de degradacioacuten de colorantes textiles bullEstudios de degradacioacuten de disolventes clorados

bullEstudios de degradacioacuten de HAP

bullEstudios de degradacioacuten de contaminantes emergentes

Las aguas procedentes de la industria textil se caracterizan

Hoy en diacutea auacuten no se ha desarrollado un tratamiento bioloacutegico universal de depuracioacuten de aguas residuales textiles

Variedad de colorantes utilizados

Los colorantes son estructuras complejas poco biodegradables y muy estables

El estudio de nuevos tratamientos bioloacutegicos para estos efluentes es una opcioacuten interesante

En las EDAR los colorantes se adsorben sobre la biomasa causando problemas

LA INDUSTRIA TEXTIL y SU PROBLEMAacuteTICA AMBIENTAL

HONGOS

En los experimentos realizados se han conseguido rendimientos

de eliminacioacuten del color de hasta el 90

iquestCual es el mecanismo de eliminacioacuten del

colorante

bull bioadsorcioacuten

bull biotransformacioacuten

t inicial t final

Pelets de T versicolor + colorante Gris Lanaset G Tratamiento en discontinuo

Se ha determinado la capacidad del hongo ligninoliacutetico para degradar el colorante Gris Lanaset G (Mezcla de colorantes metaacutelicos de estructura y composicioacuten no disponible)

Biomass

Cr-dye +

Cr free

Cr-dye +

Cr free

Metal

desorption

FINAL

Cr-dye

Cr-dye +

Cr free

STEP2

Dye in biomass

Cr-dye

INITIAL

t= 0 h

Dye adsorbed

Cr-dye

Cr-dye

degradation

STEP 1

t= 1 ht= 45 d

S

O

L

I

D

P

H

A

S

E

L

I

Q

U

I

D

P

H

A

S

E

Dye

Dye

Dye

adsorption

Dye

Biomass

Cr-dye +

Cr free

Cr-dye +

Cr free

Metal

desorption

FINAL

Cr-dye

Cr-dye +

Cr free

STEP2

Dye in biomass

Cr-dye

INITIAL

t= 0 h

Dye adsorbed

Cr-dye

Cr-dye

degradation

STEP 1

t= 1 ht= 45 d

S

O

L

I

D

P

H

A

S

E

L

I

Q

U

I

D

P

H

A

S

E

Dye

Dye

Dye

adsorption

Dye

MECANISMO DE DEGRADACIOacuteN DEL COLOR

Mecanismo de degradacioacuten de colorantes por

los hongos ligninoliacuteticos

1ra etapa adsorcioacuten en la biomasa del hongo

2ordf etapa degradacioacuten intracelular

En este caso gracias al metal podemos demostrar que la

degradacioacuten tiene lugar en el interior del hongo o al menos parte

de ella

Cual es el papel del enzima extracelular

es la enzima extracelular que estamos midiendo (lacasa) la

responsable de la degradacioacuten

TRATAMIENTO COLORANTE GRIS LANASET G

DEGRADACIOacuteN DEL COLORANTE GRIS LANASET G CON TRAMETES VERSICOLOR

Medida de la enzima lacasa intracelular y extracelular

98 de eliminacioacuten de color a las 75 h

(57 debido a la adsorcioacuten Killed control)

Medio inicial (A) y final (B) del tratamiento

Peacutelets antes (B) y despueacutes del tratamiento (C) y peacutelets tentildeidos con colorante a t=1h (A)

Tiempo (h)

0 50 100 150 200 250 300

Lacasa e

xtr

acelu

lar

tota

l (U

A)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

Lacasa intr

acelu

lar

tota

l (U

A)

0

40

80

120

160

200

240

280

Conc

colo

rante

(gl)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Conc

glu

cosa (

gl)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Activitat extracelular

Activitat intracelular

Colorante

Glucosa

Glu

cosa

(g

l)

Co

lora

nte

(m

gl)

DEGRADACIOacuteN DE COLORANTES TEXTILES

Antes de las 24h deteccioacuten de lacasa intracelular

Si la enzima lacasa es la responsable de la degradacion

Porque utilizar microorganismos y no enzimas

Es mas facil trabajar con enzimas que con

microorganismos

Se puede utilizar la dosis de enzima necesaria

Perohellip

Un unico enzima puede degradar todos los colorantes en un efluente

Los enzimas hasta donde llegan Degradantransformanmineralizan

Un unico enzima puede hacer lo mismo que un microorganismo que es

multienzimaacutetico

APLICACIOacuteN DEL PROCESO DE DECOLORACIOacuteN A DIFERENTES COLORANTES

RESULTADOS DE DEGRADACIOacuteN DE LOS COLORANTES AacuteCIDOS

Colorante Lanasyn Grey

(Azo complejo metaacutelico)

Alizarin Red S

(Antraquinoacutenico)

Acid Fuchsin

(Triarilmetano)

Decoloracioacuten 796 938 9998

Reduccioacuten Toxicidad 12 12 19

O

N

NH

C OEt

O

N

S

O

MeO

O

C

O

OEt

NH R

H+

Cr3+

N

N

R

OO

S O

O

Me

O

O

OH

SO3Na

NH2

SO3

C

H3C

H2N

NaO3S

NH2

SO3Na

DEGRADACIOacuteN DE COLORANTES TEXTILES

ESTUDI DEL PROCEacuteS DEGRADACIOacute DE COLORANTS TEgraveXTILS AMB EL FONG Trametes versicolor

COLORANT Trametes versicolor ENZIM 1210 UL

Nom comuacute Classificacioacute quiacutemica Decoloracioacute

24 i 100 h

Decoloracioacute

24h

Acid Fuchsin Trifenilmetagrave 98-99 28

Acid Green 16 Trifenilmetagrave 90-99 60 gt

24h

Alizarin Red S Antraquinogravenic 92-94 84

Amino Black 10 Diazo 96-99 93

Azocarmine B Quinoneimine 90-99 84

Basic Fuchsin Trifenilmetagrave 12-40 18

Brilliant Green 1 Trifenilmetagrave 55-93 90

Brilliant Green 20 Trifenilmetagrave 76-78 90

Burdeos Lanset B (mescla) 83-88 67

Gris Lanaset G (mescla) 92-98 35

Pardo Lanaset B (mescla) 64-81 60

Lanasyn Grey G Metagravelmiddotlic azoic 72-87 49

Methylene Blue Tiazina 14-28 37

Naphtol Yellow S Nitro 8-50-92 (240h) 0

Orange G Azo 97-99 87

Desactivacioacute enzimagravetica

DEGRADACIOacute DE COLORANTS comparacioacute fong vs enzim lacasa

Biodegradacioacute drsquoaltres famiacutelies de colorants

2D Graph 3

Tems (h)

0 20 40 60 80 100 120

Co

nc

en

tra

cioacute

co

lor

(mg

L)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Ac

tivit

at

(UL

)

0

20

40

60

80

100

120

140

Temps GLG (h) vs GLG (mgl)

Temps OG (h) vs OG (mgl)

Temps AF (h) vs AF (mgl)

Temps GLG-2 (h) vs GLG-2 (mgl)

Temps GLG (h) vs Activitat GLG (UA)

Temps OG (h) vs Activitat OG (UA)

Temps ARS (h) vs Activitat ARS (UA)

Temps GLG-2 (h) vs Activitat GLG-2 (UA) Temps ARS (h) vs ASR (mgl)

Temps AF (h) vs Activitat AF (UA)

DISCONTINUS REPETITS 24 hores

Gris Lanaset G co = 1556 mgL 946 decol

Orange G co = 1509 mgL 974 decol

Alizarin Red S co = 1425 mgL 874 decol

Acid Fuchsin co = 1370 mgL 982 decol

Gris Lanaset G co = 732 mgL 776 decol

Productes de degradacioacute del metabolisme del

fong per diferents famiacutelies de colorants

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 ppmLongitud dona (nm)

350 400 450 500 550 600 650

Absorb

agravencia

00

02

04

06

08

10

Temps 0 min

Temps 8 min

Temps 30 min

Temps 60 min

Temps 2h

Temps 4h

Temps 24h

0 min

4 h

24 h

60 min

2 h

30 min

8 min

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

Brilliant Green 1

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

NH(CH2CH3)2 + +

EL FONG EacuteS CAPACcedil DE DEGRADAR AgraveCID BENZOIC en 24 hores

H-RMN en liacutenea

Orange G

NH2CH2N

NH2

No subproductes

Acid Fuchsin

WRF

Citocromo P450

2 Lacasas

Lignina peroxidasa

Peroxidasa versaacutetil

MnP

1 Pero

xidasas

Enzimas modificadoras de lignina

Trametes versicolor

Enzimas extracelulares Enzimas intracelulares

Hidroxilacioacuten

Epoxidacioacuten

Reduccioacuten Desalquilacioacuten

Oxigenacioacuten

Ruptura C-C

Desmetilacioacuten

Hidroxilacioacuten Dipolimerizacioacuten fenoles

Oxidacioacuten alcoholes

El mecanismo de degradacioacuten de algunos contaminantes no esta ligado a la produccioacuten de los enzimas extracelulares sino al sistema intracelular Cytocromo P450 monooxigenasa

Identificacioacuten gen cyt P450 en P chrysosporium 1997 y en T versicolor 2002

Objetivo desarrollo de proceso

Reactor fludizado por pulsos de aire

Fong en forma de pegravelmiddotlets Biomassa fluiumlditzada per polsos drsquoaire Tordf ograveptima fong 25ordmC pH ograveptim fong 45 Nutrients (CN) y micronutrients Avaluacioacute activitat fuacutengica enzim lacasa Condicions esterils

Temps (d)

0 5 10 15 20

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Laca

sa (

UA

l)

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

Reducc

ioacute d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Glucosa

Lacasa

Reduccioacute de color

TRH (h)

0 20 40 60 80 100 120

mg G

LG e

limin

ats

lmiddoth

0

5

10

15

20

25

30

Experimental

Normativa

Efecte del TRH

TRH 48 h

Temps (d)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Laca

sa (

UA

l)

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

Reducc

ioacute d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Glucosa

Lacasa

Reduccioacute de color

0

20

40

60

80

100

0 7 14 21 28 35 42 49 56 63P

erc

en

tatg

e d

e b

iom

as

sa

()

Temps (d)

gt42 dies

35 dies

28 dies

21 dies

14 dies

7 dies

0 dies

Estrategravegia purga i renovacioacute 13 de la

biomassa cada 7 dies

TRC 21 dies

decoloracions gt 90

distribucioacute drsquoedats constant

82 biomassa amb lt28 dies

Pegraverdua morfologiacutea dels pegravelmiddotlets lisis celmiddotlular

Tiempo (d)0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Laca

sa (

UA

l)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

Reducc

ioacuten d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

10068 525 59 72 4848

- Renovar la biomassa - Ni macro ni micronutrients - Glucosa qualitat industrial - Colorant no estegraveril

Formulacioacute del medi de cultiu

Seleccioacute del bioreactor

Escalat

Escalat de la produccioacute de biomassa

Produccioacute de pegravelmiddotlets clagravessica

Coll drsquoampolla

Cost medi (extracte de malta)

Limitacioacute en la produccioacute a escala Erlenmeyer

Objectius

Morfologia en forma de pelmiddotlets

Mida plusmn 3mm

Pasos experimentals

40 x

Biomassa gt 3 g DCWmiddotl-1

Morfologia adequada

280

598 0

50

100

150

200

250

300

Malt extract Defined medium

Co

st (

euromiddotK

g-1) Reduccioacute de cost 98

Escalat de la produccioacute de biomassa

La enzima lacasa es uno de los principales

catalizadores de la biodegradacioacuten pero no el uacutenico

responsable

El hongo degrada casi todos los colorantes

(algunos si estan en concentraciones subtoacutexicas)

La monitorizacioacuten de la produccioacuten enzimaacutetica y

consumo de glucosa son buenos indicadores de la

actividad metaboacutelica del hongo hay que

suministrar nutrientes para mantener la actividad

enzimaacutetica

El hongo puede degradar metabolitos resultantes

de la degradacioacuten que el enzima lacasa no puede

degradar

Algunas conclusiones

Porque utilizar microorganismos y no enzimas

si es mucho mas facil dosificar enzimas

los efluentes a tratar (liacutequidos o soacutelidos) contienen

una mezcla muy compleja de contaminantes no

podemos optimizar ni el enzima ni las condiciones

es difiacutecil que un enzima pueda degradar todos los

contaminantes presentes

en muchos casos los enzimas solo realizan un paso

de la transformacioacuten y se pueden formar TPs toacutexicos

o no biodegradables

el microorganismo es un sistema multienzimaacutetico

2010 20151985 1990 1995 2000 2005

Cronograma de los trabajos publicados en relacioacuten a biodegradacioacuten de contaminantes por hongos en medio liacutequido

Contaminantes emergentes

Pesticidas (DDT amp DDE)

PCBs HAPs Disolventes clorados

AR de produccioacuten Aceite de oliva

AR de la induacutestria del papel

Retardantes de llama (Bromados)

Faacutermacos

Filtros solares UV

Deteccioacuten faacutermacos en medio ambient

Colorantes sinteacuteticos Explosivos

TNT y nitroglicerina

AR de la industria textil

ASPECTOS GENERALES

A que se llama contaminantes emergentes

Productos considerados contaminantes actualmente pero no en el pasado presentes de forma constante en el medio ambiente a bajas concentraciones provocando problemas en el ecosistema y pendientes de ser regulados en un futuro proacuteximo

Entre ellos se incluyen los faacutermacos drogas de abuso productos asociados a la higiene y cuidado corporal retardantes de llama plaguicidashellip Caracteriacutesticas

alto consumo acumulacioacuten en el medio y organismos potencial disruptor endocrino toxicidadhellip

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

EDAR

Mezcla de ldquocontaminantes emergentesrdquo

metabolitos

substancias conjugadas

EXCRECIOacuteNVERTIDO

Retenidos en los lodos

inalterados

transformados

Mineralizados

Transformados

Inalterados

Presencia en aguas subterraneas superficiales y

sedimentos

Presencia en suelos

efluente

influente

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

bull 2005 la mayoriacutea de estudios realizados se centran en ndash Puesta a punto de meacutetodos analiacuteticos

ndash Deteccioacuten en aguas superficiales y subterraacuteneas

ndash Deteccioacuten en sistemas de tratamiento convencionales (EDARs)

ndash Deteccioacuten en efluentes de hospitales

bull Algunos estudios de degradacioacuten por bacterias en efluentes

bull Escasos (ninguno) estudios de degradacioacuten en lodos

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

HONGOS

Cual es el principal problema que presenta estudiar su degradacioacuten

Las bajas concentraciones en que se encuentran y el

hecho de estar en matrices muy complejas dificulta

su deteccioacuten y cuantificacioacuten

Aplicacioacuten en matrices liquidas y soacutelidas

Matrices liacutequidas

Aguas residuales de hospital

Aguas residuales de la Vila Universitaria

Concentrado de un proceso de membranas

Aguas de un hospital veterinario

Matrices solidas

Lodos de depuradoras urbanas

Lodos de reactor MBR

37 Verlicchi et al J hydrology 2010 also WST 2010

erythromycin (antibiotic)

Iopromide (ICM)

ifosfamide (cytostatic)

Ibuprofen (analgesic)

Glucose

Therapeutic classes contrast media (ICM) heavy metals in a hospital effluentndash Comparison with an urban effluent

Hospital effluent Mean value

Urban effluent Mean value

Degradacioacuten de faacutermacos modelo e identificacioacuten de productos de transformacioacuten en condiciones esteacuteriles

Nos permite demostrar que el hongo es

el responsable de la degradacioacuten

Tratamiento de efluentes reales en condiciones no esteacuteriles Cuantificacioacuten de la eliminacioacuten de faacutermacos y ecotoxicidad

Tratamiento de efluentes por hongos Degradacioacuten de faacutermacos

38

EXPERIMENTOS IN VIVO PARA CUANTIFICAR DEGRADACIOacuteN

EXPERIMENTOS PARA DETERMINAR EL PAPEL DE LOS ENZIMAS

- In vitro Lacasa comercial

- In vivo Inhibidores del citocrom P450 (1-aminobenzotriazole)

ESTUDIO DE LA TOXICIDAD (Microtox regTest )

- Bacteria bioluminescente V ficheri

- EC50 a los 15 min Concentracioacuten que disminuye la luz emitida por la bacteria al 50

- Cuanto mas alta sea la EC50 menor es la toxicidad

ANAgraveLISIS DE FAgraveRMACOS EXTRACCIOacuteN EN FASE SOacuteLIDA i HPLC

IDENTIFICACIOacuteN DE SUBPRODUCTOS Servei RMN-UAB

(Medio + contaminante) (Medio + contaminante+ hongo inactivado)

Adsorcioacuten Degradacioacuten miacutenima

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS INDIVIDUALES

EC50

50

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Control abioacutetico Control inactivado Experimental (Medio + contaminante+hongo activo)

Idaea-CSIC ICRA

Ketoprofeno

Eliminacioacute del 100

Metabolits hidroxilats

Perfil de concentracioacute de subproductes del ketoprofen

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS MODELO

IOPROMIDE degradation in Erlenmeyer flasks by

T versicolor pellets Time course degradation of Iopromide

added at approximately 12 mg L-1 Symbols non-inoculated controls ()

experimental cultures () heat-killed

controls () glucose () and laccase

activity (loz)

62 degradation is

observed after 7days of

exposure and remains

constant until the end of

the experiment

Toxicity by Microtox bioassay

Time EC50 ()

Non-biotic control 2

15min 2

8h 1

1d 43

4d 66

7d 87

12d 110

High toxicity at initial time

(EC50 2) Toxicity decreases

over time

Gros et al 2014 Water Research

Degradacioacuten de farmacos en aguas residuales

en bioreactor

CONDITIONS

Sterile effluent

No sterile

Batch

Continuous

Nutrients addition

Non-nutrients addition

Fluidized bed bioreactors 15

and 10 L

Air pulses

T versicolor in form of pellets

pH (45) and temperature (25ordmC)

control

MONITORING

Pharmaceuticals degradation

Acute toxicity (Microtox)

Laccase glucose etc

101

1-ep

oxyC

BZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Cipro

floxa

cin

50

100

150

200

250

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

Cef

alex

in

Ibup

rofe

n

Aceta

minop

hen

Azitro

micin

1

2

3

4

Ketop

rofe

n

Propr

anolol

Cita

lopr

am

Car

bamaz

epine

Acridon

e

Con

cen

tracioacute

(micro

g L

-1)

000

003

006

009

012

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS (Vila Universitaria de la UAB)

Tratamiento no esteril en batch

Eliminacioacuten completa del 70 de los faacutermacos detectados

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Comparacioacuten de la eliminacioacuten de los faacutermacos por el

hongo versus lodos activados (bibliografia)

Grup Fagravermac Concentracioacute

(microg L-1)

Eliminacioacute estegraveril

()

Eliminacioacute no estegraveril

()

Eliminacioacute per llots activats

() Analgegravesics Acetaminofen 387 100 100 82-99

Ibuprofen 1261 100 100 82-99 Ketoprofen lt048 35 100 lt50 Codeina 002 100 - lt82 Antibiogravetics Azitromicin 431 - 100 lt40

Ciprofloxacin 8471 - 35 50-96 (adsorcioacute) Cefalexin 059 - -51 96 β-blockers Propanolol 006 - 100 59-70 Psiquiatrics Carbamazepina 07 -37 Augmenta lt20 Augmenta

1011- epoxy CBZ 755 100 79 - 2-Hydroxy CBZ 1638 46 100 -

Acridone 101 100 Augmenta - Citalopram 01 100 100 -

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Porcentajes de eliminacioacuten superiores en el tratamiento por hongos

Problema cuantificacioacuten inicial de carbamazepina conjugacioacuten

Ace

tam

inop

hen

Ibup

rofen

Ket

opro

fen

Nap

roxe

n

Salicylic a

cid

Cod

eine

Phe

nazo

ne

Dex

amet

haso

ne

Diclofena

c

Piro

xica

m

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

500

1000

1500

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

50

Tratamiento no esteacuteril Analgeacutesicos

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

46

Cipro

floxa

cin

Oflo

xacin

Clarit

hrom

ycin

Sulfam

etho

xazo

le

Azith

rom

ycin

Met

ronida

zole

Met

ronida

zole-O

H

Trim

etho

prim

Dim

etrid

azole

Ron

idaz

ole

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

35

40

100

150

200

250

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Antibioacuteticos

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

101

1-ep

oxy

CBZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Car

bam

azep

ine

Acr

idon

e

Lora

zepa

m

Cita

lopr

am

Ven

lafaxine

Pra

vast

atin

Olanz

apine

Ser

tralin

e

Fluox

etine

Par

oxet

ine

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

000

025

050

075

100

400800

120016002000

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Faacutermacos de uso psiquiaacutetrico

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Ben

zotri

azole

OP2E

O

Eth

ylpa

rabe

n

Pro

pylpar

aben

BPA

OP

Con

cen

tration

(micro

g L

-1)

0

2

4

6

8

10

20

30

40

50

60

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Compuestos disruptores endocrinos

70 eliminacioacute

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Famiacutelia faacutermacos Tratamiento esteacuteril Tratamiento no esteacuteril

Carga inicial (microg)

Eliminacioacuten ()

Carga inicial (microg)

Eliminacioacute ()

Analgegravesics 1475 180 993 1511 179 988 Antibiogravetics 569 69 861 239 28 908 Cafeiumlna 757 92 79 1490 177 384 EDC 124 15 813 704 84 744 Iopromida 1046 128 755 4197 498 340 Altres fagravermacs 557 68 862 177 21 863 Psiquiagravetrics 3658 447 937 108 13 954 Cantidad total 8185 100 832 8427 100 533

Tratamiento adecuado para degradar faacutermacos en efluents de hospital

Siguiente objetivo Tratamiento en continuo de efluentes

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Fungal inoculated (I)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Non-inoculated (NI)

Non-sterile continuous

treatments of real effluents

VHW treatment

(

) Glucose concentration

(

) COD

(

) Laccase activity

(darr) Fungal biomass partial renovation

(mdash) Glucose addition rate

2 HRT studied

Decrease in laccase activity even with partial biomass renovation

Fungal inoculated (I)

Casas et al 2013 Env Technol 34 113

Glucose 026 g g DCW d

Ammonium 12 mg g DCW d

No glucose accumulation

Need for nutrients

Previous studies in synthetic

media and sterile conditions

CRT

Blaacutenquez et al 2006 Water Res 40 1650

CRT 21 days

13 biomass renovation every 7 days

CRT of 15 days

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Que es lo que sucede

Se muere el hongo aunque estamos renovando la

biomasa no hay suficiente hongo

No hay degradacioacuten

52

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

VHW treatment (2)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

NH4+ addition

PhACs removal

Fungal inoculated (I)

Non-inoculated (NI)

(

) Wastewater (Influent)

(

) Reactor effluent

The analyses have

been performed by

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Microbial community assessment (DGGE)

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Time

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Trametes versicolor

Candida spp

Fusarium solani

Unknown

T versicolor survived until the end of the treatment

laccase activity is not a good indicator

ESCENARIOS DE GESTIOacuteN DE EFLUENTES DE HOSPITAL

EDAR

No eliminacioacuten

de faacutermacos

Dilucioacuten en

el efluente

urbano

Aguas

urbanas

Fong

No eliminacioacuten

de DQO

Hongo Aguas

urbanas

EDAR

HOSPITAL

Srsquoha comprovat la capacitat de T versicolor per degradar fagravermacs

Badiacutea-Fabregat et al 2014 Rodriacuteguez-Rodriacuteguez et al 2014 Cruz-Moratoacute et al 2013

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Inconvenients al tractament drsquo

aiguumles drsquohospitals reals

- Necessitat drsquoaddicionar nutrients - Competegravencia amb bacteris

Possibles solucions Estrategravegies

- Pretractament de lrsquoefluent - Altres configuracions de reactors - Canvi en la font de carboni

Posada a punt del sistema TRH Relacioacute QRQL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

1 2 3

4

5

6

7

1 Tanc drsquoalimentacioacute 2 Tanc de mescla 3 Tanc drsquoeluents de

sortida 4 Bomba de recirculacioacute 5 Bioreactor 6 Entrada drsquoaire 7 Controlador de pH

TRH 3d

QL

QR

QL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

Desenvolupament processos

Efluent hospital

real (HWW)

Aiguumles residuals urbanes

(UWW)

Trametes versicolor

T versicolor crescut sobre fusta

Filtre percolador amb T versicolor crescut sobre fusta

Microalgues Degradacioacute a

escala Erlenmeyer Fotobioreactor FBR

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 4: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

ASPECTOS GENERALES

Lacasa Peroxidasas LiP MnP VP

Citocromo P450

Biodegradar contaminantes xenobioacuteticos y recalcitrantes

Extracelular

Intracelular

Trametes versicolor

Los hongos white-rot crecen sobre la madera y degradan la lignina

Sistema enzimaacutetico no especiacutefico

Phanerochaete chrysosporium

Irpex lacteus

5

Process for the decolorization of pulp mill bleach plant effluent Patent number 4420369 Filed February 25 1982 Issued December 13 1983 Assignee The United States of America as represented by the Secretary of Agriculture Inventors David C Eaton Thomas K Kirk Hou-min Chang

Process of degrading chloro-organics by white-rot fungi US 4554075 A

Nuacutemero de solmiddotlicitud US 06614980

Data de publicacioacute 19 Nov 1985

Data de presentacioacute 29 Maig 1984

Data de prioritat 29 Maig 1984

Estat de la taxa Pagades

Inventors Hou-Min Chang Thomas W Joyce Thomas K Kirk Van-Ba Huynh

Cessionari original North Carolina State University

Efluentes lejiacuteas negras de

papelera (en esteril)

decoloracioacuten

detoxificacioacuten

contenido en fenoles

Lejiacuteas negras Phanerochaete chrysosporium y Trametes

versicolor

Antecedentes Kirk trabajos publicados y patentes

Seguimiento enzimaacutetico

Efluentes liacutequidos lejiacuteas negras de papelera y alpechin

REACTORES

Tanque agitado micelio crecimiento disperso Problemas operacionales

Lecho fluidizado Pellets Todos los hongos forman pellets

Lecho fijo Hongo inmovilizado Problemas operacionales

Produccioacuten de biomasa fuacutengica morfologia en funcion de la aplicacioacuten-reactor

OBJETIVO

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Medio agar (15gL)

Extracto de malta

(20 gL)

135 rpm durante

6 dias y a 25 ordmC

150 mL de extracto de

malta de 20 gL a pH

45

135 rpm

durante 5 dias

y a 25 ordmC

NaCl 08 11 (vv)

PRODUCCIOacuteN DE PELETS (escala Erlenmeier)

250 mL de

extracto

de malta

de 20 gL

a pH 45

1 mL

40 g pellets (peso

humedo)

Aprox

Peso humedopeso

seco = 26

40 g pellets (peso

humedo)L=15 g DCWL

75 mL de

solucion stock

de micelio

Separar el

micelio

A partir de los resultados anteriores seleccionamos

el hongo Trametes versicolor para el tratamiento de efluentes

por su facilidad en formar pellets

la agitacioacuten en cultivos sumergidos no afecta a la produccioacuten

enzimaacutetica

Morfologia-crecimiento mas adecuado

Productor de enzimas extracelulares MnP y Lacasa

Reactor con pellets de T versicolor fluidizados por pulsos de aire

Objetivo demostrar la relacioacuten entre tratamiento

(condiciones esteacuteriles) y produccioacuten enzimaacutetica

Eliminacioacuten de color (80) de lejias

negras de papelera

con Trametes versicolor

1 Efluente inicial 2 Efluente final 3 Efluente + Pellets final

1 2 3

Detoxificacioacuten de lejiacuteas negras por Phanerochaete

chrysosporium inmovilizado y pellets de Trametes

versicolor

Enzyme production (AUh)

0e+0 2e+4 4e+4 6e+4 8e+4 1e+5

Toxic

ity r

ed

uctio

n

0

1

2

3

4

5

6

Enzyme production (AUh)

0e+0 2e+4 4e+4 6e+4 8e+4 1e+5

Toxic

ity r

ed

uctio

n

0

1

2

3

4

5

6

Detoxification = AMnP 6E-05 + 08475

Detoxification = Alaccase 535E-5 + 00278

Aenzyme denotes the amount of enzyme produced (AUh) at the time

when detoxification was calculated

Correlacioacuten entre enzima extracelular y destoxificacioacuten

Ph crysosporium Relacioacuten CN para produccioacuten de MnP T versicolor Relacioacuten CN para produccioacuten de Lacasa

Pero NO correlacioacuten entre eliminacioacuten de color y produccioacuten enzimaacutetica

Enzimas extracelulares

bullEn que tipo de reacciones intervienen Oxidacioacuten hidroxilacioacuten etc bullComo atacan a las moleacuteculas Polimerizacioacuten despolimerizacioacuten rotura de enlaces rotura de anillos aromaacuteticos etchellip

Objetivo Estudio de la degradacioacuten de moleacuteculas y enzimas que intervienen

bullEstudios de degradacioacuten de colorantes textiles bullEstudios de degradacioacuten de disolventes clorados

bullEstudios de degradacioacuten de HAP

bullEstudios de degradacioacuten de contaminantes emergentes

Las aguas procedentes de la industria textil se caracterizan

Hoy en diacutea auacuten no se ha desarrollado un tratamiento bioloacutegico universal de depuracioacuten de aguas residuales textiles

Variedad de colorantes utilizados

Los colorantes son estructuras complejas poco biodegradables y muy estables

El estudio de nuevos tratamientos bioloacutegicos para estos efluentes es una opcioacuten interesante

En las EDAR los colorantes se adsorben sobre la biomasa causando problemas

LA INDUSTRIA TEXTIL y SU PROBLEMAacuteTICA AMBIENTAL

HONGOS

En los experimentos realizados se han conseguido rendimientos

de eliminacioacuten del color de hasta el 90

iquestCual es el mecanismo de eliminacioacuten del

colorante

bull bioadsorcioacuten

bull biotransformacioacuten

t inicial t final

Pelets de T versicolor + colorante Gris Lanaset G Tratamiento en discontinuo

Se ha determinado la capacidad del hongo ligninoliacutetico para degradar el colorante Gris Lanaset G (Mezcla de colorantes metaacutelicos de estructura y composicioacuten no disponible)

Biomass

Cr-dye +

Cr free

Cr-dye +

Cr free

Metal

desorption

FINAL

Cr-dye

Cr-dye +

Cr free

STEP2

Dye in biomass

Cr-dye

INITIAL

t= 0 h

Dye adsorbed

Cr-dye

Cr-dye

degradation

STEP 1

t= 1 ht= 45 d

S

O

L

I

D

P

H

A

S

E

L

I

Q

U

I

D

P

H

A

S

E

Dye

Dye

Dye

adsorption

Dye

Biomass

Cr-dye +

Cr free

Cr-dye +

Cr free

Metal

desorption

FINAL

Cr-dye

Cr-dye +

Cr free

STEP2

Dye in biomass

Cr-dye

INITIAL

t= 0 h

Dye adsorbed

Cr-dye

Cr-dye

degradation

STEP 1

t= 1 ht= 45 d

S

O

L

I

D

P

H

A

S

E

L

I

Q

U

I

D

P

H

A

S

E

Dye

Dye

Dye

adsorption

Dye

MECANISMO DE DEGRADACIOacuteN DEL COLOR

Mecanismo de degradacioacuten de colorantes por

los hongos ligninoliacuteticos

1ra etapa adsorcioacuten en la biomasa del hongo

2ordf etapa degradacioacuten intracelular

En este caso gracias al metal podemos demostrar que la

degradacioacuten tiene lugar en el interior del hongo o al menos parte

de ella

Cual es el papel del enzima extracelular

es la enzima extracelular que estamos midiendo (lacasa) la

responsable de la degradacioacuten

TRATAMIENTO COLORANTE GRIS LANASET G

DEGRADACIOacuteN DEL COLORANTE GRIS LANASET G CON TRAMETES VERSICOLOR

Medida de la enzima lacasa intracelular y extracelular

98 de eliminacioacuten de color a las 75 h

(57 debido a la adsorcioacuten Killed control)

Medio inicial (A) y final (B) del tratamiento

Peacutelets antes (B) y despueacutes del tratamiento (C) y peacutelets tentildeidos con colorante a t=1h (A)

Tiempo (h)

0 50 100 150 200 250 300

Lacasa e

xtr

acelu

lar

tota

l (U

A)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

Lacasa intr

acelu

lar

tota

l (U

A)

0

40

80

120

160

200

240

280

Conc

colo

rante

(gl)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Conc

glu

cosa (

gl)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Activitat extracelular

Activitat intracelular

Colorante

Glucosa

Glu

cosa

(g

l)

Co

lora

nte

(m

gl)

DEGRADACIOacuteN DE COLORANTES TEXTILES

Antes de las 24h deteccioacuten de lacasa intracelular

Si la enzima lacasa es la responsable de la degradacion

Porque utilizar microorganismos y no enzimas

Es mas facil trabajar con enzimas que con

microorganismos

Se puede utilizar la dosis de enzima necesaria

Perohellip

Un unico enzima puede degradar todos los colorantes en un efluente

Los enzimas hasta donde llegan Degradantransformanmineralizan

Un unico enzima puede hacer lo mismo que un microorganismo que es

multienzimaacutetico

APLICACIOacuteN DEL PROCESO DE DECOLORACIOacuteN A DIFERENTES COLORANTES

RESULTADOS DE DEGRADACIOacuteN DE LOS COLORANTES AacuteCIDOS

Colorante Lanasyn Grey

(Azo complejo metaacutelico)

Alizarin Red S

(Antraquinoacutenico)

Acid Fuchsin

(Triarilmetano)

Decoloracioacuten 796 938 9998

Reduccioacuten Toxicidad 12 12 19

O

N

NH

C OEt

O

N

S

O

MeO

O

C

O

OEt

NH R

H+

Cr3+

N

N

R

OO

S O

O

Me

O

O

OH

SO3Na

NH2

SO3

C

H3C

H2N

NaO3S

NH2

SO3Na

DEGRADACIOacuteN DE COLORANTES TEXTILES

ESTUDI DEL PROCEacuteS DEGRADACIOacute DE COLORANTS TEgraveXTILS AMB EL FONG Trametes versicolor

COLORANT Trametes versicolor ENZIM 1210 UL

Nom comuacute Classificacioacute quiacutemica Decoloracioacute

24 i 100 h

Decoloracioacute

24h

Acid Fuchsin Trifenilmetagrave 98-99 28

Acid Green 16 Trifenilmetagrave 90-99 60 gt

24h

Alizarin Red S Antraquinogravenic 92-94 84

Amino Black 10 Diazo 96-99 93

Azocarmine B Quinoneimine 90-99 84

Basic Fuchsin Trifenilmetagrave 12-40 18

Brilliant Green 1 Trifenilmetagrave 55-93 90

Brilliant Green 20 Trifenilmetagrave 76-78 90

Burdeos Lanset B (mescla) 83-88 67

Gris Lanaset G (mescla) 92-98 35

Pardo Lanaset B (mescla) 64-81 60

Lanasyn Grey G Metagravelmiddotlic azoic 72-87 49

Methylene Blue Tiazina 14-28 37

Naphtol Yellow S Nitro 8-50-92 (240h) 0

Orange G Azo 97-99 87

Desactivacioacute enzimagravetica

DEGRADACIOacute DE COLORANTS comparacioacute fong vs enzim lacasa

Biodegradacioacute drsquoaltres famiacutelies de colorants

2D Graph 3

Tems (h)

0 20 40 60 80 100 120

Co

nc

en

tra

cioacute

co

lor

(mg

L)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Ac

tivit

at

(UL

)

0

20

40

60

80

100

120

140

Temps GLG (h) vs GLG (mgl)

Temps OG (h) vs OG (mgl)

Temps AF (h) vs AF (mgl)

Temps GLG-2 (h) vs GLG-2 (mgl)

Temps GLG (h) vs Activitat GLG (UA)

Temps OG (h) vs Activitat OG (UA)

Temps ARS (h) vs Activitat ARS (UA)

Temps GLG-2 (h) vs Activitat GLG-2 (UA) Temps ARS (h) vs ASR (mgl)

Temps AF (h) vs Activitat AF (UA)

DISCONTINUS REPETITS 24 hores

Gris Lanaset G co = 1556 mgL 946 decol

Orange G co = 1509 mgL 974 decol

Alizarin Red S co = 1425 mgL 874 decol

Acid Fuchsin co = 1370 mgL 982 decol

Gris Lanaset G co = 732 mgL 776 decol

Productes de degradacioacute del metabolisme del

fong per diferents famiacutelies de colorants

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 ppmLongitud dona (nm)

350 400 450 500 550 600 650

Absorb

agravencia

00

02

04

06

08

10

Temps 0 min

Temps 8 min

Temps 30 min

Temps 60 min

Temps 2h

Temps 4h

Temps 24h

0 min

4 h

24 h

60 min

2 h

30 min

8 min

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

Brilliant Green 1

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

NH(CH2CH3)2 + +

EL FONG EacuteS CAPACcedil DE DEGRADAR AgraveCID BENZOIC en 24 hores

H-RMN en liacutenea

Orange G

NH2CH2N

NH2

No subproductes

Acid Fuchsin

WRF

Citocromo P450

2 Lacasas

Lignina peroxidasa

Peroxidasa versaacutetil

MnP

1 Pero

xidasas

Enzimas modificadoras de lignina

Trametes versicolor

Enzimas extracelulares Enzimas intracelulares

Hidroxilacioacuten

Epoxidacioacuten

Reduccioacuten Desalquilacioacuten

Oxigenacioacuten

Ruptura C-C

Desmetilacioacuten

Hidroxilacioacuten Dipolimerizacioacuten fenoles

Oxidacioacuten alcoholes

El mecanismo de degradacioacuten de algunos contaminantes no esta ligado a la produccioacuten de los enzimas extracelulares sino al sistema intracelular Cytocromo P450 monooxigenasa

Identificacioacuten gen cyt P450 en P chrysosporium 1997 y en T versicolor 2002

Objetivo desarrollo de proceso

Reactor fludizado por pulsos de aire

Fong en forma de pegravelmiddotlets Biomassa fluiumlditzada per polsos drsquoaire Tordf ograveptima fong 25ordmC pH ograveptim fong 45 Nutrients (CN) y micronutrients Avaluacioacute activitat fuacutengica enzim lacasa Condicions esterils

Temps (d)

0 5 10 15 20

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Laca

sa (

UA

l)

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

Reducc

ioacute d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Glucosa

Lacasa

Reduccioacute de color

TRH (h)

0 20 40 60 80 100 120

mg G

LG e

limin

ats

lmiddoth

0

5

10

15

20

25

30

Experimental

Normativa

Efecte del TRH

TRH 48 h

Temps (d)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Laca

sa (

UA

l)

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

Reducc

ioacute d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Glucosa

Lacasa

Reduccioacute de color

0

20

40

60

80

100

0 7 14 21 28 35 42 49 56 63P

erc

en

tatg

e d

e b

iom

as

sa

()

Temps (d)

gt42 dies

35 dies

28 dies

21 dies

14 dies

7 dies

0 dies

Estrategravegia purga i renovacioacute 13 de la

biomassa cada 7 dies

TRC 21 dies

decoloracions gt 90

distribucioacute drsquoedats constant

82 biomassa amb lt28 dies

Pegraverdua morfologiacutea dels pegravelmiddotlets lisis celmiddotlular

Tiempo (d)0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Laca

sa (

UA

l)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

Reducc

ioacuten d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

10068 525 59 72 4848

- Renovar la biomassa - Ni macro ni micronutrients - Glucosa qualitat industrial - Colorant no estegraveril

Formulacioacute del medi de cultiu

Seleccioacute del bioreactor

Escalat

Escalat de la produccioacute de biomassa

Produccioacute de pegravelmiddotlets clagravessica

Coll drsquoampolla

Cost medi (extracte de malta)

Limitacioacute en la produccioacute a escala Erlenmeyer

Objectius

Morfologia en forma de pelmiddotlets

Mida plusmn 3mm

Pasos experimentals

40 x

Biomassa gt 3 g DCWmiddotl-1

Morfologia adequada

280

598 0

50

100

150

200

250

300

Malt extract Defined medium

Co

st (

euromiddotK

g-1) Reduccioacute de cost 98

Escalat de la produccioacute de biomassa

La enzima lacasa es uno de los principales

catalizadores de la biodegradacioacuten pero no el uacutenico

responsable

El hongo degrada casi todos los colorantes

(algunos si estan en concentraciones subtoacutexicas)

La monitorizacioacuten de la produccioacuten enzimaacutetica y

consumo de glucosa son buenos indicadores de la

actividad metaboacutelica del hongo hay que

suministrar nutrientes para mantener la actividad

enzimaacutetica

El hongo puede degradar metabolitos resultantes

de la degradacioacuten que el enzima lacasa no puede

degradar

Algunas conclusiones

Porque utilizar microorganismos y no enzimas

si es mucho mas facil dosificar enzimas

los efluentes a tratar (liacutequidos o soacutelidos) contienen

una mezcla muy compleja de contaminantes no

podemos optimizar ni el enzima ni las condiciones

es difiacutecil que un enzima pueda degradar todos los

contaminantes presentes

en muchos casos los enzimas solo realizan un paso

de la transformacioacuten y se pueden formar TPs toacutexicos

o no biodegradables

el microorganismo es un sistema multienzimaacutetico

2010 20151985 1990 1995 2000 2005

Cronograma de los trabajos publicados en relacioacuten a biodegradacioacuten de contaminantes por hongos en medio liacutequido

Contaminantes emergentes

Pesticidas (DDT amp DDE)

PCBs HAPs Disolventes clorados

AR de produccioacuten Aceite de oliva

AR de la induacutestria del papel

Retardantes de llama (Bromados)

Faacutermacos

Filtros solares UV

Deteccioacuten faacutermacos en medio ambient

Colorantes sinteacuteticos Explosivos

TNT y nitroglicerina

AR de la industria textil

ASPECTOS GENERALES

A que se llama contaminantes emergentes

Productos considerados contaminantes actualmente pero no en el pasado presentes de forma constante en el medio ambiente a bajas concentraciones provocando problemas en el ecosistema y pendientes de ser regulados en un futuro proacuteximo

Entre ellos se incluyen los faacutermacos drogas de abuso productos asociados a la higiene y cuidado corporal retardantes de llama plaguicidashellip Caracteriacutesticas

alto consumo acumulacioacuten en el medio y organismos potencial disruptor endocrino toxicidadhellip

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

EDAR

Mezcla de ldquocontaminantes emergentesrdquo

metabolitos

substancias conjugadas

EXCRECIOacuteNVERTIDO

Retenidos en los lodos

inalterados

transformados

Mineralizados

Transformados

Inalterados

Presencia en aguas subterraneas superficiales y

sedimentos

Presencia en suelos

efluente

influente

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

bull 2005 la mayoriacutea de estudios realizados se centran en ndash Puesta a punto de meacutetodos analiacuteticos

ndash Deteccioacuten en aguas superficiales y subterraacuteneas

ndash Deteccioacuten en sistemas de tratamiento convencionales (EDARs)

ndash Deteccioacuten en efluentes de hospitales

bull Algunos estudios de degradacioacuten por bacterias en efluentes

bull Escasos (ninguno) estudios de degradacioacuten en lodos

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

HONGOS

Cual es el principal problema que presenta estudiar su degradacioacuten

Las bajas concentraciones en que se encuentran y el

hecho de estar en matrices muy complejas dificulta

su deteccioacuten y cuantificacioacuten

Aplicacioacuten en matrices liquidas y soacutelidas

Matrices liacutequidas

Aguas residuales de hospital

Aguas residuales de la Vila Universitaria

Concentrado de un proceso de membranas

Aguas de un hospital veterinario

Matrices solidas

Lodos de depuradoras urbanas

Lodos de reactor MBR

37 Verlicchi et al J hydrology 2010 also WST 2010

erythromycin (antibiotic)

Iopromide (ICM)

ifosfamide (cytostatic)

Ibuprofen (analgesic)

Glucose

Therapeutic classes contrast media (ICM) heavy metals in a hospital effluentndash Comparison with an urban effluent

Hospital effluent Mean value

Urban effluent Mean value

Degradacioacuten de faacutermacos modelo e identificacioacuten de productos de transformacioacuten en condiciones esteacuteriles

Nos permite demostrar que el hongo es

el responsable de la degradacioacuten

Tratamiento de efluentes reales en condiciones no esteacuteriles Cuantificacioacuten de la eliminacioacuten de faacutermacos y ecotoxicidad

Tratamiento de efluentes por hongos Degradacioacuten de faacutermacos

38

EXPERIMENTOS IN VIVO PARA CUANTIFICAR DEGRADACIOacuteN

EXPERIMENTOS PARA DETERMINAR EL PAPEL DE LOS ENZIMAS

- In vitro Lacasa comercial

- In vivo Inhibidores del citocrom P450 (1-aminobenzotriazole)

ESTUDIO DE LA TOXICIDAD (Microtox regTest )

- Bacteria bioluminescente V ficheri

- EC50 a los 15 min Concentracioacuten que disminuye la luz emitida por la bacteria al 50

- Cuanto mas alta sea la EC50 menor es la toxicidad

ANAgraveLISIS DE FAgraveRMACOS EXTRACCIOacuteN EN FASE SOacuteLIDA i HPLC

IDENTIFICACIOacuteN DE SUBPRODUCTOS Servei RMN-UAB

(Medio + contaminante) (Medio + contaminante+ hongo inactivado)

Adsorcioacuten Degradacioacuten miacutenima

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS INDIVIDUALES

EC50

50

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Control abioacutetico Control inactivado Experimental (Medio + contaminante+hongo activo)

Idaea-CSIC ICRA

Ketoprofeno

Eliminacioacute del 100

Metabolits hidroxilats

Perfil de concentracioacute de subproductes del ketoprofen

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS MODELO

IOPROMIDE degradation in Erlenmeyer flasks by

T versicolor pellets Time course degradation of Iopromide

added at approximately 12 mg L-1 Symbols non-inoculated controls ()

experimental cultures () heat-killed

controls () glucose () and laccase

activity (loz)

62 degradation is

observed after 7days of

exposure and remains

constant until the end of

the experiment

Toxicity by Microtox bioassay

Time EC50 ()

Non-biotic control 2

15min 2

8h 1

1d 43

4d 66

7d 87

12d 110

High toxicity at initial time

(EC50 2) Toxicity decreases

over time

Gros et al 2014 Water Research

Degradacioacuten de farmacos en aguas residuales

en bioreactor

CONDITIONS

Sterile effluent

No sterile

Batch

Continuous

Nutrients addition

Non-nutrients addition

Fluidized bed bioreactors 15

and 10 L

Air pulses

T versicolor in form of pellets

pH (45) and temperature (25ordmC)

control

MONITORING

Pharmaceuticals degradation

Acute toxicity (Microtox)

Laccase glucose etc

101

1-ep

oxyC

BZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Cipro

floxa

cin

50

100

150

200

250

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

Cef

alex

in

Ibup

rofe

n

Aceta

minop

hen

Azitro

micin

1

2

3

4

Ketop

rofe

n

Propr

anolol

Cita

lopr

am

Car

bamaz

epine

Acridon

e

Con

cen

tracioacute

(micro

g L

-1)

000

003

006

009

012

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS (Vila Universitaria de la UAB)

Tratamiento no esteril en batch

Eliminacioacuten completa del 70 de los faacutermacos detectados

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Comparacioacuten de la eliminacioacuten de los faacutermacos por el

hongo versus lodos activados (bibliografia)

Grup Fagravermac Concentracioacute

(microg L-1)

Eliminacioacute estegraveril

()

Eliminacioacute no estegraveril

()

Eliminacioacute per llots activats

() Analgegravesics Acetaminofen 387 100 100 82-99

Ibuprofen 1261 100 100 82-99 Ketoprofen lt048 35 100 lt50 Codeina 002 100 - lt82 Antibiogravetics Azitromicin 431 - 100 lt40

Ciprofloxacin 8471 - 35 50-96 (adsorcioacute) Cefalexin 059 - -51 96 β-blockers Propanolol 006 - 100 59-70 Psiquiatrics Carbamazepina 07 -37 Augmenta lt20 Augmenta

1011- epoxy CBZ 755 100 79 - 2-Hydroxy CBZ 1638 46 100 -

Acridone 101 100 Augmenta - Citalopram 01 100 100 -

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Porcentajes de eliminacioacuten superiores en el tratamiento por hongos

Problema cuantificacioacuten inicial de carbamazepina conjugacioacuten

Ace

tam

inop

hen

Ibup

rofen

Ket

opro

fen

Nap

roxe

n

Salicylic a

cid

Cod

eine

Phe

nazo

ne

Dex

amet

haso

ne

Diclofena

c

Piro

xica

m

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

500

1000

1500

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

50

Tratamiento no esteacuteril Analgeacutesicos

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

46

Cipro

floxa

cin

Oflo

xacin

Clarit

hrom

ycin

Sulfam

etho

xazo

le

Azith

rom

ycin

Met

ronida

zole

Met

ronida

zole-O

H

Trim

etho

prim

Dim

etrid

azole

Ron

idaz

ole

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

35

40

100

150

200

250

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Antibioacuteticos

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

101

1-ep

oxy

CBZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Car

bam

azep

ine

Acr

idon

e

Lora

zepa

m

Cita

lopr

am

Ven

lafaxine

Pra

vast

atin

Olanz

apine

Ser

tralin

e

Fluox

etine

Par

oxet

ine

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

000

025

050

075

100

400800

120016002000

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Faacutermacos de uso psiquiaacutetrico

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Ben

zotri

azole

OP2E

O

Eth

ylpa

rabe

n

Pro

pylpar

aben

BPA

OP

Con

cen

tration

(micro

g L

-1)

0

2

4

6

8

10

20

30

40

50

60

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Compuestos disruptores endocrinos

70 eliminacioacute

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Famiacutelia faacutermacos Tratamiento esteacuteril Tratamiento no esteacuteril

Carga inicial (microg)

Eliminacioacuten ()

Carga inicial (microg)

Eliminacioacute ()

Analgegravesics 1475 180 993 1511 179 988 Antibiogravetics 569 69 861 239 28 908 Cafeiumlna 757 92 79 1490 177 384 EDC 124 15 813 704 84 744 Iopromida 1046 128 755 4197 498 340 Altres fagravermacs 557 68 862 177 21 863 Psiquiagravetrics 3658 447 937 108 13 954 Cantidad total 8185 100 832 8427 100 533

Tratamiento adecuado para degradar faacutermacos en efluents de hospital

Siguiente objetivo Tratamiento en continuo de efluentes

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Fungal inoculated (I)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Non-inoculated (NI)

Non-sterile continuous

treatments of real effluents

VHW treatment

(

) Glucose concentration

(

) COD

(

) Laccase activity

(darr) Fungal biomass partial renovation

(mdash) Glucose addition rate

2 HRT studied

Decrease in laccase activity even with partial biomass renovation

Fungal inoculated (I)

Casas et al 2013 Env Technol 34 113

Glucose 026 g g DCW d

Ammonium 12 mg g DCW d

No glucose accumulation

Need for nutrients

Previous studies in synthetic

media and sterile conditions

CRT

Blaacutenquez et al 2006 Water Res 40 1650

CRT 21 days

13 biomass renovation every 7 days

CRT of 15 days

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Que es lo que sucede

Se muere el hongo aunque estamos renovando la

biomasa no hay suficiente hongo

No hay degradacioacuten

52

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

VHW treatment (2)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

NH4+ addition

PhACs removal

Fungal inoculated (I)

Non-inoculated (NI)

(

) Wastewater (Influent)

(

) Reactor effluent

The analyses have

been performed by

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Microbial community assessment (DGGE)

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Time

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Trametes versicolor

Candida spp

Fusarium solani

Unknown

T versicolor survived until the end of the treatment

laccase activity is not a good indicator

ESCENARIOS DE GESTIOacuteN DE EFLUENTES DE HOSPITAL

EDAR

No eliminacioacuten

de faacutermacos

Dilucioacuten en

el efluente

urbano

Aguas

urbanas

Fong

No eliminacioacuten

de DQO

Hongo Aguas

urbanas

EDAR

HOSPITAL

Srsquoha comprovat la capacitat de T versicolor per degradar fagravermacs

Badiacutea-Fabregat et al 2014 Rodriacuteguez-Rodriacuteguez et al 2014 Cruz-Moratoacute et al 2013

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Inconvenients al tractament drsquo

aiguumles drsquohospitals reals

- Necessitat drsquoaddicionar nutrients - Competegravencia amb bacteris

Possibles solucions Estrategravegies

- Pretractament de lrsquoefluent - Altres configuracions de reactors - Canvi en la font de carboni

Posada a punt del sistema TRH Relacioacute QRQL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

1 2 3

4

5

6

7

1 Tanc drsquoalimentacioacute 2 Tanc de mescla 3 Tanc drsquoeluents de

sortida 4 Bomba de recirculacioacute 5 Bioreactor 6 Entrada drsquoaire 7 Controlador de pH

TRH 3d

QL

QR

QL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

Desenvolupament processos

Efluent hospital

real (HWW)

Aiguumles residuals urbanes

(UWW)

Trametes versicolor

T versicolor crescut sobre fusta

Filtre percolador amb T versicolor crescut sobre fusta

Microalgues Degradacioacute a

escala Erlenmeyer Fotobioreactor FBR

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 5: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

5

Process for the decolorization of pulp mill bleach plant effluent Patent number 4420369 Filed February 25 1982 Issued December 13 1983 Assignee The United States of America as represented by the Secretary of Agriculture Inventors David C Eaton Thomas K Kirk Hou-min Chang

Process of degrading chloro-organics by white-rot fungi US 4554075 A

Nuacutemero de solmiddotlicitud US 06614980

Data de publicacioacute 19 Nov 1985

Data de presentacioacute 29 Maig 1984

Data de prioritat 29 Maig 1984

Estat de la taxa Pagades

Inventors Hou-Min Chang Thomas W Joyce Thomas K Kirk Van-Ba Huynh

Cessionari original North Carolina State University

Efluentes lejiacuteas negras de

papelera (en esteril)

decoloracioacuten

detoxificacioacuten

contenido en fenoles

Lejiacuteas negras Phanerochaete chrysosporium y Trametes

versicolor

Antecedentes Kirk trabajos publicados y patentes

Seguimiento enzimaacutetico

Efluentes liacutequidos lejiacuteas negras de papelera y alpechin

REACTORES

Tanque agitado micelio crecimiento disperso Problemas operacionales

Lecho fluidizado Pellets Todos los hongos forman pellets

Lecho fijo Hongo inmovilizado Problemas operacionales

Produccioacuten de biomasa fuacutengica morfologia en funcion de la aplicacioacuten-reactor

OBJETIVO

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Medio agar (15gL)

Extracto de malta

(20 gL)

135 rpm durante

6 dias y a 25 ordmC

150 mL de extracto de

malta de 20 gL a pH

45

135 rpm

durante 5 dias

y a 25 ordmC

NaCl 08 11 (vv)

PRODUCCIOacuteN DE PELETS (escala Erlenmeier)

250 mL de

extracto

de malta

de 20 gL

a pH 45

1 mL

40 g pellets (peso

humedo)

Aprox

Peso humedopeso

seco = 26

40 g pellets (peso

humedo)L=15 g DCWL

75 mL de

solucion stock

de micelio

Separar el

micelio

A partir de los resultados anteriores seleccionamos

el hongo Trametes versicolor para el tratamiento de efluentes

por su facilidad en formar pellets

la agitacioacuten en cultivos sumergidos no afecta a la produccioacuten

enzimaacutetica

Morfologia-crecimiento mas adecuado

Productor de enzimas extracelulares MnP y Lacasa

Reactor con pellets de T versicolor fluidizados por pulsos de aire

Objetivo demostrar la relacioacuten entre tratamiento

(condiciones esteacuteriles) y produccioacuten enzimaacutetica

Eliminacioacuten de color (80) de lejias

negras de papelera

con Trametes versicolor

1 Efluente inicial 2 Efluente final 3 Efluente + Pellets final

1 2 3

Detoxificacioacuten de lejiacuteas negras por Phanerochaete

chrysosporium inmovilizado y pellets de Trametes

versicolor

Enzyme production (AUh)

0e+0 2e+4 4e+4 6e+4 8e+4 1e+5

Toxic

ity r

ed

uctio

n

0

1

2

3

4

5

6

Enzyme production (AUh)

0e+0 2e+4 4e+4 6e+4 8e+4 1e+5

Toxic

ity r

ed

uctio

n

0

1

2

3

4

5

6

Detoxification = AMnP 6E-05 + 08475

Detoxification = Alaccase 535E-5 + 00278

Aenzyme denotes the amount of enzyme produced (AUh) at the time

when detoxification was calculated

Correlacioacuten entre enzima extracelular y destoxificacioacuten

Ph crysosporium Relacioacuten CN para produccioacuten de MnP T versicolor Relacioacuten CN para produccioacuten de Lacasa

Pero NO correlacioacuten entre eliminacioacuten de color y produccioacuten enzimaacutetica

Enzimas extracelulares

bullEn que tipo de reacciones intervienen Oxidacioacuten hidroxilacioacuten etc bullComo atacan a las moleacuteculas Polimerizacioacuten despolimerizacioacuten rotura de enlaces rotura de anillos aromaacuteticos etchellip

Objetivo Estudio de la degradacioacuten de moleacuteculas y enzimas que intervienen

bullEstudios de degradacioacuten de colorantes textiles bullEstudios de degradacioacuten de disolventes clorados

bullEstudios de degradacioacuten de HAP

bullEstudios de degradacioacuten de contaminantes emergentes

Las aguas procedentes de la industria textil se caracterizan

Hoy en diacutea auacuten no se ha desarrollado un tratamiento bioloacutegico universal de depuracioacuten de aguas residuales textiles

Variedad de colorantes utilizados

Los colorantes son estructuras complejas poco biodegradables y muy estables

El estudio de nuevos tratamientos bioloacutegicos para estos efluentes es una opcioacuten interesante

En las EDAR los colorantes se adsorben sobre la biomasa causando problemas

LA INDUSTRIA TEXTIL y SU PROBLEMAacuteTICA AMBIENTAL

HONGOS

En los experimentos realizados se han conseguido rendimientos

de eliminacioacuten del color de hasta el 90

iquestCual es el mecanismo de eliminacioacuten del

colorante

bull bioadsorcioacuten

bull biotransformacioacuten

t inicial t final

Pelets de T versicolor + colorante Gris Lanaset G Tratamiento en discontinuo

Se ha determinado la capacidad del hongo ligninoliacutetico para degradar el colorante Gris Lanaset G (Mezcla de colorantes metaacutelicos de estructura y composicioacuten no disponible)

Biomass

Cr-dye +

Cr free

Cr-dye +

Cr free

Metal

desorption

FINAL

Cr-dye

Cr-dye +

Cr free

STEP2

Dye in biomass

Cr-dye

INITIAL

t= 0 h

Dye adsorbed

Cr-dye

Cr-dye

degradation

STEP 1

t= 1 ht= 45 d

S

O

L

I

D

P

H

A

S

E

L

I

Q

U

I

D

P

H

A

S

E

Dye

Dye

Dye

adsorption

Dye

Biomass

Cr-dye +

Cr free

Cr-dye +

Cr free

Metal

desorption

FINAL

Cr-dye

Cr-dye +

Cr free

STEP2

Dye in biomass

Cr-dye

INITIAL

t= 0 h

Dye adsorbed

Cr-dye

Cr-dye

degradation

STEP 1

t= 1 ht= 45 d

S

O

L

I

D

P

H

A

S

E

L

I

Q

U

I

D

P

H

A

S

E

Dye

Dye

Dye

adsorption

Dye

MECANISMO DE DEGRADACIOacuteN DEL COLOR

Mecanismo de degradacioacuten de colorantes por

los hongos ligninoliacuteticos

1ra etapa adsorcioacuten en la biomasa del hongo

2ordf etapa degradacioacuten intracelular

En este caso gracias al metal podemos demostrar que la

degradacioacuten tiene lugar en el interior del hongo o al menos parte

de ella

Cual es el papel del enzima extracelular

es la enzima extracelular que estamos midiendo (lacasa) la

responsable de la degradacioacuten

TRATAMIENTO COLORANTE GRIS LANASET G

DEGRADACIOacuteN DEL COLORANTE GRIS LANASET G CON TRAMETES VERSICOLOR

Medida de la enzima lacasa intracelular y extracelular

98 de eliminacioacuten de color a las 75 h

(57 debido a la adsorcioacuten Killed control)

Medio inicial (A) y final (B) del tratamiento

Peacutelets antes (B) y despueacutes del tratamiento (C) y peacutelets tentildeidos con colorante a t=1h (A)

Tiempo (h)

0 50 100 150 200 250 300

Lacasa e

xtr

acelu

lar

tota

l (U

A)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

Lacasa intr

acelu

lar

tota

l (U

A)

0

40

80

120

160

200

240

280

Conc

colo

rante

(gl)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Conc

glu

cosa (

gl)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Activitat extracelular

Activitat intracelular

Colorante

Glucosa

Glu

cosa

(g

l)

Co

lora

nte

(m

gl)

DEGRADACIOacuteN DE COLORANTES TEXTILES

Antes de las 24h deteccioacuten de lacasa intracelular

Si la enzima lacasa es la responsable de la degradacion

Porque utilizar microorganismos y no enzimas

Es mas facil trabajar con enzimas que con

microorganismos

Se puede utilizar la dosis de enzima necesaria

Perohellip

Un unico enzima puede degradar todos los colorantes en un efluente

Los enzimas hasta donde llegan Degradantransformanmineralizan

Un unico enzima puede hacer lo mismo que un microorganismo que es

multienzimaacutetico

APLICACIOacuteN DEL PROCESO DE DECOLORACIOacuteN A DIFERENTES COLORANTES

RESULTADOS DE DEGRADACIOacuteN DE LOS COLORANTES AacuteCIDOS

Colorante Lanasyn Grey

(Azo complejo metaacutelico)

Alizarin Red S

(Antraquinoacutenico)

Acid Fuchsin

(Triarilmetano)

Decoloracioacuten 796 938 9998

Reduccioacuten Toxicidad 12 12 19

O

N

NH

C OEt

O

N

S

O

MeO

O

C

O

OEt

NH R

H+

Cr3+

N

N

R

OO

S O

O

Me

O

O

OH

SO3Na

NH2

SO3

C

H3C

H2N

NaO3S

NH2

SO3Na

DEGRADACIOacuteN DE COLORANTES TEXTILES

ESTUDI DEL PROCEacuteS DEGRADACIOacute DE COLORANTS TEgraveXTILS AMB EL FONG Trametes versicolor

COLORANT Trametes versicolor ENZIM 1210 UL

Nom comuacute Classificacioacute quiacutemica Decoloracioacute

24 i 100 h

Decoloracioacute

24h

Acid Fuchsin Trifenilmetagrave 98-99 28

Acid Green 16 Trifenilmetagrave 90-99 60 gt

24h

Alizarin Red S Antraquinogravenic 92-94 84

Amino Black 10 Diazo 96-99 93

Azocarmine B Quinoneimine 90-99 84

Basic Fuchsin Trifenilmetagrave 12-40 18

Brilliant Green 1 Trifenilmetagrave 55-93 90

Brilliant Green 20 Trifenilmetagrave 76-78 90

Burdeos Lanset B (mescla) 83-88 67

Gris Lanaset G (mescla) 92-98 35

Pardo Lanaset B (mescla) 64-81 60

Lanasyn Grey G Metagravelmiddotlic azoic 72-87 49

Methylene Blue Tiazina 14-28 37

Naphtol Yellow S Nitro 8-50-92 (240h) 0

Orange G Azo 97-99 87

Desactivacioacute enzimagravetica

DEGRADACIOacute DE COLORANTS comparacioacute fong vs enzim lacasa

Biodegradacioacute drsquoaltres famiacutelies de colorants

2D Graph 3

Tems (h)

0 20 40 60 80 100 120

Co

nc

en

tra

cioacute

co

lor

(mg

L)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Ac

tivit

at

(UL

)

0

20

40

60

80

100

120

140

Temps GLG (h) vs GLG (mgl)

Temps OG (h) vs OG (mgl)

Temps AF (h) vs AF (mgl)

Temps GLG-2 (h) vs GLG-2 (mgl)

Temps GLG (h) vs Activitat GLG (UA)

Temps OG (h) vs Activitat OG (UA)

Temps ARS (h) vs Activitat ARS (UA)

Temps GLG-2 (h) vs Activitat GLG-2 (UA) Temps ARS (h) vs ASR (mgl)

Temps AF (h) vs Activitat AF (UA)

DISCONTINUS REPETITS 24 hores

Gris Lanaset G co = 1556 mgL 946 decol

Orange G co = 1509 mgL 974 decol

Alizarin Red S co = 1425 mgL 874 decol

Acid Fuchsin co = 1370 mgL 982 decol

Gris Lanaset G co = 732 mgL 776 decol

Productes de degradacioacute del metabolisme del

fong per diferents famiacutelies de colorants

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 ppmLongitud dona (nm)

350 400 450 500 550 600 650

Absorb

agravencia

00

02

04

06

08

10

Temps 0 min

Temps 8 min

Temps 30 min

Temps 60 min

Temps 2h

Temps 4h

Temps 24h

0 min

4 h

24 h

60 min

2 h

30 min

8 min

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

Brilliant Green 1

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

NH(CH2CH3)2 + +

EL FONG EacuteS CAPACcedil DE DEGRADAR AgraveCID BENZOIC en 24 hores

H-RMN en liacutenea

Orange G

NH2CH2N

NH2

No subproductes

Acid Fuchsin

WRF

Citocromo P450

2 Lacasas

Lignina peroxidasa

Peroxidasa versaacutetil

MnP

1 Pero

xidasas

Enzimas modificadoras de lignina

Trametes versicolor

Enzimas extracelulares Enzimas intracelulares

Hidroxilacioacuten

Epoxidacioacuten

Reduccioacuten Desalquilacioacuten

Oxigenacioacuten

Ruptura C-C

Desmetilacioacuten

Hidroxilacioacuten Dipolimerizacioacuten fenoles

Oxidacioacuten alcoholes

El mecanismo de degradacioacuten de algunos contaminantes no esta ligado a la produccioacuten de los enzimas extracelulares sino al sistema intracelular Cytocromo P450 monooxigenasa

Identificacioacuten gen cyt P450 en P chrysosporium 1997 y en T versicolor 2002

Objetivo desarrollo de proceso

Reactor fludizado por pulsos de aire

Fong en forma de pegravelmiddotlets Biomassa fluiumlditzada per polsos drsquoaire Tordf ograveptima fong 25ordmC pH ograveptim fong 45 Nutrients (CN) y micronutrients Avaluacioacute activitat fuacutengica enzim lacasa Condicions esterils

Temps (d)

0 5 10 15 20

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Laca

sa (

UA

l)

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

Reducc

ioacute d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Glucosa

Lacasa

Reduccioacute de color

TRH (h)

0 20 40 60 80 100 120

mg G

LG e

limin

ats

lmiddoth

0

5

10

15

20

25

30

Experimental

Normativa

Efecte del TRH

TRH 48 h

Temps (d)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Laca

sa (

UA

l)

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

Reducc

ioacute d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Glucosa

Lacasa

Reduccioacute de color

0

20

40

60

80

100

0 7 14 21 28 35 42 49 56 63P

erc

en

tatg

e d

e b

iom

as

sa

()

Temps (d)

gt42 dies

35 dies

28 dies

21 dies

14 dies

7 dies

0 dies

Estrategravegia purga i renovacioacute 13 de la

biomassa cada 7 dies

TRC 21 dies

decoloracions gt 90

distribucioacute drsquoedats constant

82 biomassa amb lt28 dies

Pegraverdua morfologiacutea dels pegravelmiddotlets lisis celmiddotlular

Tiempo (d)0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Laca

sa (

UA

l)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

Reducc

ioacuten d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

10068 525 59 72 4848

- Renovar la biomassa - Ni macro ni micronutrients - Glucosa qualitat industrial - Colorant no estegraveril

Formulacioacute del medi de cultiu

Seleccioacute del bioreactor

Escalat

Escalat de la produccioacute de biomassa

Produccioacute de pegravelmiddotlets clagravessica

Coll drsquoampolla

Cost medi (extracte de malta)

Limitacioacute en la produccioacute a escala Erlenmeyer

Objectius

Morfologia en forma de pelmiddotlets

Mida plusmn 3mm

Pasos experimentals

40 x

Biomassa gt 3 g DCWmiddotl-1

Morfologia adequada

280

598 0

50

100

150

200

250

300

Malt extract Defined medium

Co

st (

euromiddotK

g-1) Reduccioacute de cost 98

Escalat de la produccioacute de biomassa

La enzima lacasa es uno de los principales

catalizadores de la biodegradacioacuten pero no el uacutenico

responsable

El hongo degrada casi todos los colorantes

(algunos si estan en concentraciones subtoacutexicas)

La monitorizacioacuten de la produccioacuten enzimaacutetica y

consumo de glucosa son buenos indicadores de la

actividad metaboacutelica del hongo hay que

suministrar nutrientes para mantener la actividad

enzimaacutetica

El hongo puede degradar metabolitos resultantes

de la degradacioacuten que el enzima lacasa no puede

degradar

Algunas conclusiones

Porque utilizar microorganismos y no enzimas

si es mucho mas facil dosificar enzimas

los efluentes a tratar (liacutequidos o soacutelidos) contienen

una mezcla muy compleja de contaminantes no

podemos optimizar ni el enzima ni las condiciones

es difiacutecil que un enzima pueda degradar todos los

contaminantes presentes

en muchos casos los enzimas solo realizan un paso

de la transformacioacuten y se pueden formar TPs toacutexicos

o no biodegradables

el microorganismo es un sistema multienzimaacutetico

2010 20151985 1990 1995 2000 2005

Cronograma de los trabajos publicados en relacioacuten a biodegradacioacuten de contaminantes por hongos en medio liacutequido

Contaminantes emergentes

Pesticidas (DDT amp DDE)

PCBs HAPs Disolventes clorados

AR de produccioacuten Aceite de oliva

AR de la induacutestria del papel

Retardantes de llama (Bromados)

Faacutermacos

Filtros solares UV

Deteccioacuten faacutermacos en medio ambient

Colorantes sinteacuteticos Explosivos

TNT y nitroglicerina

AR de la industria textil

ASPECTOS GENERALES

A que se llama contaminantes emergentes

Productos considerados contaminantes actualmente pero no en el pasado presentes de forma constante en el medio ambiente a bajas concentraciones provocando problemas en el ecosistema y pendientes de ser regulados en un futuro proacuteximo

Entre ellos se incluyen los faacutermacos drogas de abuso productos asociados a la higiene y cuidado corporal retardantes de llama plaguicidashellip Caracteriacutesticas

alto consumo acumulacioacuten en el medio y organismos potencial disruptor endocrino toxicidadhellip

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

EDAR

Mezcla de ldquocontaminantes emergentesrdquo

metabolitos

substancias conjugadas

EXCRECIOacuteNVERTIDO

Retenidos en los lodos

inalterados

transformados

Mineralizados

Transformados

Inalterados

Presencia en aguas subterraneas superficiales y

sedimentos

Presencia en suelos

efluente

influente

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

bull 2005 la mayoriacutea de estudios realizados se centran en ndash Puesta a punto de meacutetodos analiacuteticos

ndash Deteccioacuten en aguas superficiales y subterraacuteneas

ndash Deteccioacuten en sistemas de tratamiento convencionales (EDARs)

ndash Deteccioacuten en efluentes de hospitales

bull Algunos estudios de degradacioacuten por bacterias en efluentes

bull Escasos (ninguno) estudios de degradacioacuten en lodos

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

HONGOS

Cual es el principal problema que presenta estudiar su degradacioacuten

Las bajas concentraciones en que se encuentran y el

hecho de estar en matrices muy complejas dificulta

su deteccioacuten y cuantificacioacuten

Aplicacioacuten en matrices liquidas y soacutelidas

Matrices liacutequidas

Aguas residuales de hospital

Aguas residuales de la Vila Universitaria

Concentrado de un proceso de membranas

Aguas de un hospital veterinario

Matrices solidas

Lodos de depuradoras urbanas

Lodos de reactor MBR

37 Verlicchi et al J hydrology 2010 also WST 2010

erythromycin (antibiotic)

Iopromide (ICM)

ifosfamide (cytostatic)

Ibuprofen (analgesic)

Glucose

Therapeutic classes contrast media (ICM) heavy metals in a hospital effluentndash Comparison with an urban effluent

Hospital effluent Mean value

Urban effluent Mean value

Degradacioacuten de faacutermacos modelo e identificacioacuten de productos de transformacioacuten en condiciones esteacuteriles

Nos permite demostrar que el hongo es

el responsable de la degradacioacuten

Tratamiento de efluentes reales en condiciones no esteacuteriles Cuantificacioacuten de la eliminacioacuten de faacutermacos y ecotoxicidad

Tratamiento de efluentes por hongos Degradacioacuten de faacutermacos

38

EXPERIMENTOS IN VIVO PARA CUANTIFICAR DEGRADACIOacuteN

EXPERIMENTOS PARA DETERMINAR EL PAPEL DE LOS ENZIMAS

- In vitro Lacasa comercial

- In vivo Inhibidores del citocrom P450 (1-aminobenzotriazole)

ESTUDIO DE LA TOXICIDAD (Microtox regTest )

- Bacteria bioluminescente V ficheri

- EC50 a los 15 min Concentracioacuten que disminuye la luz emitida por la bacteria al 50

- Cuanto mas alta sea la EC50 menor es la toxicidad

ANAgraveLISIS DE FAgraveRMACOS EXTRACCIOacuteN EN FASE SOacuteLIDA i HPLC

IDENTIFICACIOacuteN DE SUBPRODUCTOS Servei RMN-UAB

(Medio + contaminante) (Medio + contaminante+ hongo inactivado)

Adsorcioacuten Degradacioacuten miacutenima

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS INDIVIDUALES

EC50

50

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Control abioacutetico Control inactivado Experimental (Medio + contaminante+hongo activo)

Idaea-CSIC ICRA

Ketoprofeno

Eliminacioacute del 100

Metabolits hidroxilats

Perfil de concentracioacute de subproductes del ketoprofen

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS MODELO

IOPROMIDE degradation in Erlenmeyer flasks by

T versicolor pellets Time course degradation of Iopromide

added at approximately 12 mg L-1 Symbols non-inoculated controls ()

experimental cultures () heat-killed

controls () glucose () and laccase

activity (loz)

62 degradation is

observed after 7days of

exposure and remains

constant until the end of

the experiment

Toxicity by Microtox bioassay

Time EC50 ()

Non-biotic control 2

15min 2

8h 1

1d 43

4d 66

7d 87

12d 110

High toxicity at initial time

(EC50 2) Toxicity decreases

over time

Gros et al 2014 Water Research

Degradacioacuten de farmacos en aguas residuales

en bioreactor

CONDITIONS

Sterile effluent

No sterile

Batch

Continuous

Nutrients addition

Non-nutrients addition

Fluidized bed bioreactors 15

and 10 L

Air pulses

T versicolor in form of pellets

pH (45) and temperature (25ordmC)

control

MONITORING

Pharmaceuticals degradation

Acute toxicity (Microtox)

Laccase glucose etc

101

1-ep

oxyC

BZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Cipro

floxa

cin

50

100

150

200

250

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

Cef

alex

in

Ibup

rofe

n

Aceta

minop

hen

Azitro

micin

1

2

3

4

Ketop

rofe

n

Propr

anolol

Cita

lopr

am

Car

bamaz

epine

Acridon

e

Con

cen

tracioacute

(micro

g L

-1)

000

003

006

009

012

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS (Vila Universitaria de la UAB)

Tratamiento no esteril en batch

Eliminacioacuten completa del 70 de los faacutermacos detectados

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Comparacioacuten de la eliminacioacuten de los faacutermacos por el

hongo versus lodos activados (bibliografia)

Grup Fagravermac Concentracioacute

(microg L-1)

Eliminacioacute estegraveril

()

Eliminacioacute no estegraveril

()

Eliminacioacute per llots activats

() Analgegravesics Acetaminofen 387 100 100 82-99

Ibuprofen 1261 100 100 82-99 Ketoprofen lt048 35 100 lt50 Codeina 002 100 - lt82 Antibiogravetics Azitromicin 431 - 100 lt40

Ciprofloxacin 8471 - 35 50-96 (adsorcioacute) Cefalexin 059 - -51 96 β-blockers Propanolol 006 - 100 59-70 Psiquiatrics Carbamazepina 07 -37 Augmenta lt20 Augmenta

1011- epoxy CBZ 755 100 79 - 2-Hydroxy CBZ 1638 46 100 -

Acridone 101 100 Augmenta - Citalopram 01 100 100 -

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Porcentajes de eliminacioacuten superiores en el tratamiento por hongos

Problema cuantificacioacuten inicial de carbamazepina conjugacioacuten

Ace

tam

inop

hen

Ibup

rofen

Ket

opro

fen

Nap

roxe

n

Salicylic a

cid

Cod

eine

Phe

nazo

ne

Dex

amet

haso

ne

Diclofena

c

Piro

xica

m

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

500

1000

1500

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

50

Tratamiento no esteacuteril Analgeacutesicos

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

46

Cipro

floxa

cin

Oflo

xacin

Clarit

hrom

ycin

Sulfam

etho

xazo

le

Azith

rom

ycin

Met

ronida

zole

Met

ronida

zole-O

H

Trim

etho

prim

Dim

etrid

azole

Ron

idaz

ole

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

35

40

100

150

200

250

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Antibioacuteticos

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

101

1-ep

oxy

CBZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Car

bam

azep

ine

Acr

idon

e

Lora

zepa

m

Cita

lopr

am

Ven

lafaxine

Pra

vast

atin

Olanz

apine

Ser

tralin

e

Fluox

etine

Par

oxet

ine

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

000

025

050

075

100

400800

120016002000

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Faacutermacos de uso psiquiaacutetrico

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Ben

zotri

azole

OP2E

O

Eth

ylpa

rabe

n

Pro

pylpar

aben

BPA

OP

Con

cen

tration

(micro

g L

-1)

0

2

4

6

8

10

20

30

40

50

60

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Compuestos disruptores endocrinos

70 eliminacioacute

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Famiacutelia faacutermacos Tratamiento esteacuteril Tratamiento no esteacuteril

Carga inicial (microg)

Eliminacioacuten ()

Carga inicial (microg)

Eliminacioacute ()

Analgegravesics 1475 180 993 1511 179 988 Antibiogravetics 569 69 861 239 28 908 Cafeiumlna 757 92 79 1490 177 384 EDC 124 15 813 704 84 744 Iopromida 1046 128 755 4197 498 340 Altres fagravermacs 557 68 862 177 21 863 Psiquiagravetrics 3658 447 937 108 13 954 Cantidad total 8185 100 832 8427 100 533

Tratamiento adecuado para degradar faacutermacos en efluents de hospital

Siguiente objetivo Tratamiento en continuo de efluentes

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Fungal inoculated (I)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Non-inoculated (NI)

Non-sterile continuous

treatments of real effluents

VHW treatment

(

) Glucose concentration

(

) COD

(

) Laccase activity

(darr) Fungal biomass partial renovation

(mdash) Glucose addition rate

2 HRT studied

Decrease in laccase activity even with partial biomass renovation

Fungal inoculated (I)

Casas et al 2013 Env Technol 34 113

Glucose 026 g g DCW d

Ammonium 12 mg g DCW d

No glucose accumulation

Need for nutrients

Previous studies in synthetic

media and sterile conditions

CRT

Blaacutenquez et al 2006 Water Res 40 1650

CRT 21 days

13 biomass renovation every 7 days

CRT of 15 days

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Que es lo que sucede

Se muere el hongo aunque estamos renovando la

biomasa no hay suficiente hongo

No hay degradacioacuten

52

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

VHW treatment (2)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

NH4+ addition

PhACs removal

Fungal inoculated (I)

Non-inoculated (NI)

(

) Wastewater (Influent)

(

) Reactor effluent

The analyses have

been performed by

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Microbial community assessment (DGGE)

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Time

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Trametes versicolor

Candida spp

Fusarium solani

Unknown

T versicolor survived until the end of the treatment

laccase activity is not a good indicator

ESCENARIOS DE GESTIOacuteN DE EFLUENTES DE HOSPITAL

EDAR

No eliminacioacuten

de faacutermacos

Dilucioacuten en

el efluente

urbano

Aguas

urbanas

Fong

No eliminacioacuten

de DQO

Hongo Aguas

urbanas

EDAR

HOSPITAL

Srsquoha comprovat la capacitat de T versicolor per degradar fagravermacs

Badiacutea-Fabregat et al 2014 Rodriacuteguez-Rodriacuteguez et al 2014 Cruz-Moratoacute et al 2013

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Inconvenients al tractament drsquo

aiguumles drsquohospitals reals

- Necessitat drsquoaddicionar nutrients - Competegravencia amb bacteris

Possibles solucions Estrategravegies

- Pretractament de lrsquoefluent - Altres configuracions de reactors - Canvi en la font de carboni

Posada a punt del sistema TRH Relacioacute QRQL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

1 2 3

4

5

6

7

1 Tanc drsquoalimentacioacute 2 Tanc de mescla 3 Tanc drsquoeluents de

sortida 4 Bomba de recirculacioacute 5 Bioreactor 6 Entrada drsquoaire 7 Controlador de pH

TRH 3d

QL

QR

QL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

Desenvolupament processos

Efluent hospital

real (HWW)

Aiguumles residuals urbanes

(UWW)

Trametes versicolor

T versicolor crescut sobre fusta

Filtre percolador amb T versicolor crescut sobre fusta

Microalgues Degradacioacute a

escala Erlenmeyer Fotobioreactor FBR

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 6: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

Efluentes lejiacuteas negras de

papelera (en esteril)

decoloracioacuten

detoxificacioacuten

contenido en fenoles

Lejiacuteas negras Phanerochaete chrysosporium y Trametes

versicolor

Antecedentes Kirk trabajos publicados y patentes

Seguimiento enzimaacutetico

Efluentes liacutequidos lejiacuteas negras de papelera y alpechin

REACTORES

Tanque agitado micelio crecimiento disperso Problemas operacionales

Lecho fluidizado Pellets Todos los hongos forman pellets

Lecho fijo Hongo inmovilizado Problemas operacionales

Produccioacuten de biomasa fuacutengica morfologia en funcion de la aplicacioacuten-reactor

OBJETIVO

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Medio agar (15gL)

Extracto de malta

(20 gL)

135 rpm durante

6 dias y a 25 ordmC

150 mL de extracto de

malta de 20 gL a pH

45

135 rpm

durante 5 dias

y a 25 ordmC

NaCl 08 11 (vv)

PRODUCCIOacuteN DE PELETS (escala Erlenmeier)

250 mL de

extracto

de malta

de 20 gL

a pH 45

1 mL

40 g pellets (peso

humedo)

Aprox

Peso humedopeso

seco = 26

40 g pellets (peso

humedo)L=15 g DCWL

75 mL de

solucion stock

de micelio

Separar el

micelio

A partir de los resultados anteriores seleccionamos

el hongo Trametes versicolor para el tratamiento de efluentes

por su facilidad en formar pellets

la agitacioacuten en cultivos sumergidos no afecta a la produccioacuten

enzimaacutetica

Morfologia-crecimiento mas adecuado

Productor de enzimas extracelulares MnP y Lacasa

Reactor con pellets de T versicolor fluidizados por pulsos de aire

Objetivo demostrar la relacioacuten entre tratamiento

(condiciones esteacuteriles) y produccioacuten enzimaacutetica

Eliminacioacuten de color (80) de lejias

negras de papelera

con Trametes versicolor

1 Efluente inicial 2 Efluente final 3 Efluente + Pellets final

1 2 3

Detoxificacioacuten de lejiacuteas negras por Phanerochaete

chrysosporium inmovilizado y pellets de Trametes

versicolor

Enzyme production (AUh)

0e+0 2e+4 4e+4 6e+4 8e+4 1e+5

Toxic

ity r

ed

uctio

n

0

1

2

3

4

5

6

Enzyme production (AUh)

0e+0 2e+4 4e+4 6e+4 8e+4 1e+5

Toxic

ity r

ed

uctio

n

0

1

2

3

4

5

6

Detoxification = AMnP 6E-05 + 08475

Detoxification = Alaccase 535E-5 + 00278

Aenzyme denotes the amount of enzyme produced (AUh) at the time

when detoxification was calculated

Correlacioacuten entre enzima extracelular y destoxificacioacuten

Ph crysosporium Relacioacuten CN para produccioacuten de MnP T versicolor Relacioacuten CN para produccioacuten de Lacasa

Pero NO correlacioacuten entre eliminacioacuten de color y produccioacuten enzimaacutetica

Enzimas extracelulares

bullEn que tipo de reacciones intervienen Oxidacioacuten hidroxilacioacuten etc bullComo atacan a las moleacuteculas Polimerizacioacuten despolimerizacioacuten rotura de enlaces rotura de anillos aromaacuteticos etchellip

Objetivo Estudio de la degradacioacuten de moleacuteculas y enzimas que intervienen

bullEstudios de degradacioacuten de colorantes textiles bullEstudios de degradacioacuten de disolventes clorados

bullEstudios de degradacioacuten de HAP

bullEstudios de degradacioacuten de contaminantes emergentes

Las aguas procedentes de la industria textil se caracterizan

Hoy en diacutea auacuten no se ha desarrollado un tratamiento bioloacutegico universal de depuracioacuten de aguas residuales textiles

Variedad de colorantes utilizados

Los colorantes son estructuras complejas poco biodegradables y muy estables

El estudio de nuevos tratamientos bioloacutegicos para estos efluentes es una opcioacuten interesante

En las EDAR los colorantes se adsorben sobre la biomasa causando problemas

LA INDUSTRIA TEXTIL y SU PROBLEMAacuteTICA AMBIENTAL

HONGOS

En los experimentos realizados se han conseguido rendimientos

de eliminacioacuten del color de hasta el 90

iquestCual es el mecanismo de eliminacioacuten del

colorante

bull bioadsorcioacuten

bull biotransformacioacuten

t inicial t final

Pelets de T versicolor + colorante Gris Lanaset G Tratamiento en discontinuo

Se ha determinado la capacidad del hongo ligninoliacutetico para degradar el colorante Gris Lanaset G (Mezcla de colorantes metaacutelicos de estructura y composicioacuten no disponible)

Biomass

Cr-dye +

Cr free

Cr-dye +

Cr free

Metal

desorption

FINAL

Cr-dye

Cr-dye +

Cr free

STEP2

Dye in biomass

Cr-dye

INITIAL

t= 0 h

Dye adsorbed

Cr-dye

Cr-dye

degradation

STEP 1

t= 1 ht= 45 d

S

O

L

I

D

P

H

A

S

E

L

I

Q

U

I

D

P

H

A

S

E

Dye

Dye

Dye

adsorption

Dye

Biomass

Cr-dye +

Cr free

Cr-dye +

Cr free

Metal

desorption

FINAL

Cr-dye

Cr-dye +

Cr free

STEP2

Dye in biomass

Cr-dye

INITIAL

t= 0 h

Dye adsorbed

Cr-dye

Cr-dye

degradation

STEP 1

t= 1 ht= 45 d

S

O

L

I

D

P

H

A

S

E

L

I

Q

U

I

D

P

H

A

S

E

Dye

Dye

Dye

adsorption

Dye

MECANISMO DE DEGRADACIOacuteN DEL COLOR

Mecanismo de degradacioacuten de colorantes por

los hongos ligninoliacuteticos

1ra etapa adsorcioacuten en la biomasa del hongo

2ordf etapa degradacioacuten intracelular

En este caso gracias al metal podemos demostrar que la

degradacioacuten tiene lugar en el interior del hongo o al menos parte

de ella

Cual es el papel del enzima extracelular

es la enzima extracelular que estamos midiendo (lacasa) la

responsable de la degradacioacuten

TRATAMIENTO COLORANTE GRIS LANASET G

DEGRADACIOacuteN DEL COLORANTE GRIS LANASET G CON TRAMETES VERSICOLOR

Medida de la enzima lacasa intracelular y extracelular

98 de eliminacioacuten de color a las 75 h

(57 debido a la adsorcioacuten Killed control)

Medio inicial (A) y final (B) del tratamiento

Peacutelets antes (B) y despueacutes del tratamiento (C) y peacutelets tentildeidos con colorante a t=1h (A)

Tiempo (h)

0 50 100 150 200 250 300

Lacasa e

xtr

acelu

lar

tota

l (U

A)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

Lacasa intr

acelu

lar

tota

l (U

A)

0

40

80

120

160

200

240

280

Conc

colo

rante

(gl)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Conc

glu

cosa (

gl)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Activitat extracelular

Activitat intracelular

Colorante

Glucosa

Glu

cosa

(g

l)

Co

lora

nte

(m

gl)

DEGRADACIOacuteN DE COLORANTES TEXTILES

Antes de las 24h deteccioacuten de lacasa intracelular

Si la enzima lacasa es la responsable de la degradacion

Porque utilizar microorganismos y no enzimas

Es mas facil trabajar con enzimas que con

microorganismos

Se puede utilizar la dosis de enzima necesaria

Perohellip

Un unico enzima puede degradar todos los colorantes en un efluente

Los enzimas hasta donde llegan Degradantransformanmineralizan

Un unico enzima puede hacer lo mismo que un microorganismo que es

multienzimaacutetico

APLICACIOacuteN DEL PROCESO DE DECOLORACIOacuteN A DIFERENTES COLORANTES

RESULTADOS DE DEGRADACIOacuteN DE LOS COLORANTES AacuteCIDOS

Colorante Lanasyn Grey

(Azo complejo metaacutelico)

Alizarin Red S

(Antraquinoacutenico)

Acid Fuchsin

(Triarilmetano)

Decoloracioacuten 796 938 9998

Reduccioacuten Toxicidad 12 12 19

O

N

NH

C OEt

O

N

S

O

MeO

O

C

O

OEt

NH R

H+

Cr3+

N

N

R

OO

S O

O

Me

O

O

OH

SO3Na

NH2

SO3

C

H3C

H2N

NaO3S

NH2

SO3Na

DEGRADACIOacuteN DE COLORANTES TEXTILES

ESTUDI DEL PROCEacuteS DEGRADACIOacute DE COLORANTS TEgraveXTILS AMB EL FONG Trametes versicolor

COLORANT Trametes versicolor ENZIM 1210 UL

Nom comuacute Classificacioacute quiacutemica Decoloracioacute

24 i 100 h

Decoloracioacute

24h

Acid Fuchsin Trifenilmetagrave 98-99 28

Acid Green 16 Trifenilmetagrave 90-99 60 gt

24h

Alizarin Red S Antraquinogravenic 92-94 84

Amino Black 10 Diazo 96-99 93

Azocarmine B Quinoneimine 90-99 84

Basic Fuchsin Trifenilmetagrave 12-40 18

Brilliant Green 1 Trifenilmetagrave 55-93 90

Brilliant Green 20 Trifenilmetagrave 76-78 90

Burdeos Lanset B (mescla) 83-88 67

Gris Lanaset G (mescla) 92-98 35

Pardo Lanaset B (mescla) 64-81 60

Lanasyn Grey G Metagravelmiddotlic azoic 72-87 49

Methylene Blue Tiazina 14-28 37

Naphtol Yellow S Nitro 8-50-92 (240h) 0

Orange G Azo 97-99 87

Desactivacioacute enzimagravetica

DEGRADACIOacute DE COLORANTS comparacioacute fong vs enzim lacasa

Biodegradacioacute drsquoaltres famiacutelies de colorants

2D Graph 3

Tems (h)

0 20 40 60 80 100 120

Co

nc

en

tra

cioacute

co

lor

(mg

L)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Ac

tivit

at

(UL

)

0

20

40

60

80

100

120

140

Temps GLG (h) vs GLG (mgl)

Temps OG (h) vs OG (mgl)

Temps AF (h) vs AF (mgl)

Temps GLG-2 (h) vs GLG-2 (mgl)

Temps GLG (h) vs Activitat GLG (UA)

Temps OG (h) vs Activitat OG (UA)

Temps ARS (h) vs Activitat ARS (UA)

Temps GLG-2 (h) vs Activitat GLG-2 (UA) Temps ARS (h) vs ASR (mgl)

Temps AF (h) vs Activitat AF (UA)

DISCONTINUS REPETITS 24 hores

Gris Lanaset G co = 1556 mgL 946 decol

Orange G co = 1509 mgL 974 decol

Alizarin Red S co = 1425 mgL 874 decol

Acid Fuchsin co = 1370 mgL 982 decol

Gris Lanaset G co = 732 mgL 776 decol

Productes de degradacioacute del metabolisme del

fong per diferents famiacutelies de colorants

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 ppmLongitud dona (nm)

350 400 450 500 550 600 650

Absorb

agravencia

00

02

04

06

08

10

Temps 0 min

Temps 8 min

Temps 30 min

Temps 60 min

Temps 2h

Temps 4h

Temps 24h

0 min

4 h

24 h

60 min

2 h

30 min

8 min

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

Brilliant Green 1

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

NH(CH2CH3)2 + +

EL FONG EacuteS CAPACcedil DE DEGRADAR AgraveCID BENZOIC en 24 hores

H-RMN en liacutenea

Orange G

NH2CH2N

NH2

No subproductes

Acid Fuchsin

WRF

Citocromo P450

2 Lacasas

Lignina peroxidasa

Peroxidasa versaacutetil

MnP

1 Pero

xidasas

Enzimas modificadoras de lignina

Trametes versicolor

Enzimas extracelulares Enzimas intracelulares

Hidroxilacioacuten

Epoxidacioacuten

Reduccioacuten Desalquilacioacuten

Oxigenacioacuten

Ruptura C-C

Desmetilacioacuten

Hidroxilacioacuten Dipolimerizacioacuten fenoles

Oxidacioacuten alcoholes

El mecanismo de degradacioacuten de algunos contaminantes no esta ligado a la produccioacuten de los enzimas extracelulares sino al sistema intracelular Cytocromo P450 monooxigenasa

Identificacioacuten gen cyt P450 en P chrysosporium 1997 y en T versicolor 2002

Objetivo desarrollo de proceso

Reactor fludizado por pulsos de aire

Fong en forma de pegravelmiddotlets Biomassa fluiumlditzada per polsos drsquoaire Tordf ograveptima fong 25ordmC pH ograveptim fong 45 Nutrients (CN) y micronutrients Avaluacioacute activitat fuacutengica enzim lacasa Condicions esterils

Temps (d)

0 5 10 15 20

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Laca

sa (

UA

l)

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

Reducc

ioacute d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Glucosa

Lacasa

Reduccioacute de color

TRH (h)

0 20 40 60 80 100 120

mg G

LG e

limin

ats

lmiddoth

0

5

10

15

20

25

30

Experimental

Normativa

Efecte del TRH

TRH 48 h

Temps (d)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Laca

sa (

UA

l)

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

Reducc

ioacute d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Glucosa

Lacasa

Reduccioacute de color

0

20

40

60

80

100

0 7 14 21 28 35 42 49 56 63P

erc

en

tatg

e d

e b

iom

as

sa

()

Temps (d)

gt42 dies

35 dies

28 dies

21 dies

14 dies

7 dies

0 dies

Estrategravegia purga i renovacioacute 13 de la

biomassa cada 7 dies

TRC 21 dies

decoloracions gt 90

distribucioacute drsquoedats constant

82 biomassa amb lt28 dies

Pegraverdua morfologiacutea dels pegravelmiddotlets lisis celmiddotlular

Tiempo (d)0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Laca

sa (

UA

l)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

Reducc

ioacuten d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

10068 525 59 72 4848

- Renovar la biomassa - Ni macro ni micronutrients - Glucosa qualitat industrial - Colorant no estegraveril

Formulacioacute del medi de cultiu

Seleccioacute del bioreactor

Escalat

Escalat de la produccioacute de biomassa

Produccioacute de pegravelmiddotlets clagravessica

Coll drsquoampolla

Cost medi (extracte de malta)

Limitacioacute en la produccioacute a escala Erlenmeyer

Objectius

Morfologia en forma de pelmiddotlets

Mida plusmn 3mm

Pasos experimentals

40 x

Biomassa gt 3 g DCWmiddotl-1

Morfologia adequada

280

598 0

50

100

150

200

250

300

Malt extract Defined medium

Co

st (

euromiddotK

g-1) Reduccioacute de cost 98

Escalat de la produccioacute de biomassa

La enzima lacasa es uno de los principales

catalizadores de la biodegradacioacuten pero no el uacutenico

responsable

El hongo degrada casi todos los colorantes

(algunos si estan en concentraciones subtoacutexicas)

La monitorizacioacuten de la produccioacuten enzimaacutetica y

consumo de glucosa son buenos indicadores de la

actividad metaboacutelica del hongo hay que

suministrar nutrientes para mantener la actividad

enzimaacutetica

El hongo puede degradar metabolitos resultantes

de la degradacioacuten que el enzima lacasa no puede

degradar

Algunas conclusiones

Porque utilizar microorganismos y no enzimas

si es mucho mas facil dosificar enzimas

los efluentes a tratar (liacutequidos o soacutelidos) contienen

una mezcla muy compleja de contaminantes no

podemos optimizar ni el enzima ni las condiciones

es difiacutecil que un enzima pueda degradar todos los

contaminantes presentes

en muchos casos los enzimas solo realizan un paso

de la transformacioacuten y se pueden formar TPs toacutexicos

o no biodegradables

el microorganismo es un sistema multienzimaacutetico

2010 20151985 1990 1995 2000 2005

Cronograma de los trabajos publicados en relacioacuten a biodegradacioacuten de contaminantes por hongos en medio liacutequido

Contaminantes emergentes

Pesticidas (DDT amp DDE)

PCBs HAPs Disolventes clorados

AR de produccioacuten Aceite de oliva

AR de la induacutestria del papel

Retardantes de llama (Bromados)

Faacutermacos

Filtros solares UV

Deteccioacuten faacutermacos en medio ambient

Colorantes sinteacuteticos Explosivos

TNT y nitroglicerina

AR de la industria textil

ASPECTOS GENERALES

A que se llama contaminantes emergentes

Productos considerados contaminantes actualmente pero no en el pasado presentes de forma constante en el medio ambiente a bajas concentraciones provocando problemas en el ecosistema y pendientes de ser regulados en un futuro proacuteximo

Entre ellos se incluyen los faacutermacos drogas de abuso productos asociados a la higiene y cuidado corporal retardantes de llama plaguicidashellip Caracteriacutesticas

alto consumo acumulacioacuten en el medio y organismos potencial disruptor endocrino toxicidadhellip

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

EDAR

Mezcla de ldquocontaminantes emergentesrdquo

metabolitos

substancias conjugadas

EXCRECIOacuteNVERTIDO

Retenidos en los lodos

inalterados

transformados

Mineralizados

Transformados

Inalterados

Presencia en aguas subterraneas superficiales y

sedimentos

Presencia en suelos

efluente

influente

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

bull 2005 la mayoriacutea de estudios realizados se centran en ndash Puesta a punto de meacutetodos analiacuteticos

ndash Deteccioacuten en aguas superficiales y subterraacuteneas

ndash Deteccioacuten en sistemas de tratamiento convencionales (EDARs)

ndash Deteccioacuten en efluentes de hospitales

bull Algunos estudios de degradacioacuten por bacterias en efluentes

bull Escasos (ninguno) estudios de degradacioacuten en lodos

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

HONGOS

Cual es el principal problema que presenta estudiar su degradacioacuten

Las bajas concentraciones en que se encuentran y el

hecho de estar en matrices muy complejas dificulta

su deteccioacuten y cuantificacioacuten

Aplicacioacuten en matrices liquidas y soacutelidas

Matrices liacutequidas

Aguas residuales de hospital

Aguas residuales de la Vila Universitaria

Concentrado de un proceso de membranas

Aguas de un hospital veterinario

Matrices solidas

Lodos de depuradoras urbanas

Lodos de reactor MBR

37 Verlicchi et al J hydrology 2010 also WST 2010

erythromycin (antibiotic)

Iopromide (ICM)

ifosfamide (cytostatic)

Ibuprofen (analgesic)

Glucose

Therapeutic classes contrast media (ICM) heavy metals in a hospital effluentndash Comparison with an urban effluent

Hospital effluent Mean value

Urban effluent Mean value

Degradacioacuten de faacutermacos modelo e identificacioacuten de productos de transformacioacuten en condiciones esteacuteriles

Nos permite demostrar que el hongo es

el responsable de la degradacioacuten

Tratamiento de efluentes reales en condiciones no esteacuteriles Cuantificacioacuten de la eliminacioacuten de faacutermacos y ecotoxicidad

Tratamiento de efluentes por hongos Degradacioacuten de faacutermacos

38

EXPERIMENTOS IN VIVO PARA CUANTIFICAR DEGRADACIOacuteN

EXPERIMENTOS PARA DETERMINAR EL PAPEL DE LOS ENZIMAS

- In vitro Lacasa comercial

- In vivo Inhibidores del citocrom P450 (1-aminobenzotriazole)

ESTUDIO DE LA TOXICIDAD (Microtox regTest )

- Bacteria bioluminescente V ficheri

- EC50 a los 15 min Concentracioacuten que disminuye la luz emitida por la bacteria al 50

- Cuanto mas alta sea la EC50 menor es la toxicidad

ANAgraveLISIS DE FAgraveRMACOS EXTRACCIOacuteN EN FASE SOacuteLIDA i HPLC

IDENTIFICACIOacuteN DE SUBPRODUCTOS Servei RMN-UAB

(Medio + contaminante) (Medio + contaminante+ hongo inactivado)

Adsorcioacuten Degradacioacuten miacutenima

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS INDIVIDUALES

EC50

50

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Control abioacutetico Control inactivado Experimental (Medio + contaminante+hongo activo)

Idaea-CSIC ICRA

Ketoprofeno

Eliminacioacute del 100

Metabolits hidroxilats

Perfil de concentracioacute de subproductes del ketoprofen

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS MODELO

IOPROMIDE degradation in Erlenmeyer flasks by

T versicolor pellets Time course degradation of Iopromide

added at approximately 12 mg L-1 Symbols non-inoculated controls ()

experimental cultures () heat-killed

controls () glucose () and laccase

activity (loz)

62 degradation is

observed after 7days of

exposure and remains

constant until the end of

the experiment

Toxicity by Microtox bioassay

Time EC50 ()

Non-biotic control 2

15min 2

8h 1

1d 43

4d 66

7d 87

12d 110

High toxicity at initial time

(EC50 2) Toxicity decreases

over time

Gros et al 2014 Water Research

Degradacioacuten de farmacos en aguas residuales

en bioreactor

CONDITIONS

Sterile effluent

No sterile

Batch

Continuous

Nutrients addition

Non-nutrients addition

Fluidized bed bioreactors 15

and 10 L

Air pulses

T versicolor in form of pellets

pH (45) and temperature (25ordmC)

control

MONITORING

Pharmaceuticals degradation

Acute toxicity (Microtox)

Laccase glucose etc

101

1-ep

oxyC

BZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Cipro

floxa

cin

50

100

150

200

250

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

Cef

alex

in

Ibup

rofe

n

Aceta

minop

hen

Azitro

micin

1

2

3

4

Ketop

rofe

n

Propr

anolol

Cita

lopr

am

Car

bamaz

epine

Acridon

e

Con

cen

tracioacute

(micro

g L

-1)

000

003

006

009

012

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS (Vila Universitaria de la UAB)

Tratamiento no esteril en batch

Eliminacioacuten completa del 70 de los faacutermacos detectados

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Comparacioacuten de la eliminacioacuten de los faacutermacos por el

hongo versus lodos activados (bibliografia)

Grup Fagravermac Concentracioacute

(microg L-1)

Eliminacioacute estegraveril

()

Eliminacioacute no estegraveril

()

Eliminacioacute per llots activats

() Analgegravesics Acetaminofen 387 100 100 82-99

Ibuprofen 1261 100 100 82-99 Ketoprofen lt048 35 100 lt50 Codeina 002 100 - lt82 Antibiogravetics Azitromicin 431 - 100 lt40

Ciprofloxacin 8471 - 35 50-96 (adsorcioacute) Cefalexin 059 - -51 96 β-blockers Propanolol 006 - 100 59-70 Psiquiatrics Carbamazepina 07 -37 Augmenta lt20 Augmenta

1011- epoxy CBZ 755 100 79 - 2-Hydroxy CBZ 1638 46 100 -

Acridone 101 100 Augmenta - Citalopram 01 100 100 -

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Porcentajes de eliminacioacuten superiores en el tratamiento por hongos

Problema cuantificacioacuten inicial de carbamazepina conjugacioacuten

Ace

tam

inop

hen

Ibup

rofen

Ket

opro

fen

Nap

roxe

n

Salicylic a

cid

Cod

eine

Phe

nazo

ne

Dex

amet

haso

ne

Diclofena

c

Piro

xica

m

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

500

1000

1500

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

50

Tratamiento no esteacuteril Analgeacutesicos

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

46

Cipro

floxa

cin

Oflo

xacin

Clarit

hrom

ycin

Sulfam

etho

xazo

le

Azith

rom

ycin

Met

ronida

zole

Met

ronida

zole-O

H

Trim

etho

prim

Dim

etrid

azole

Ron

idaz

ole

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

35

40

100

150

200

250

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Antibioacuteticos

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

101

1-ep

oxy

CBZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Car

bam

azep

ine

Acr

idon

e

Lora

zepa

m

Cita

lopr

am

Ven

lafaxine

Pra

vast

atin

Olanz

apine

Ser

tralin

e

Fluox

etine

Par

oxet

ine

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

000

025

050

075

100

400800

120016002000

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Faacutermacos de uso psiquiaacutetrico

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Ben

zotri

azole

OP2E

O

Eth

ylpa

rabe

n

Pro

pylpar

aben

BPA

OP

Con

cen

tration

(micro

g L

-1)

0

2

4

6

8

10

20

30

40

50

60

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Compuestos disruptores endocrinos

70 eliminacioacute

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Famiacutelia faacutermacos Tratamiento esteacuteril Tratamiento no esteacuteril

Carga inicial (microg)

Eliminacioacuten ()

Carga inicial (microg)

Eliminacioacute ()

Analgegravesics 1475 180 993 1511 179 988 Antibiogravetics 569 69 861 239 28 908 Cafeiumlna 757 92 79 1490 177 384 EDC 124 15 813 704 84 744 Iopromida 1046 128 755 4197 498 340 Altres fagravermacs 557 68 862 177 21 863 Psiquiagravetrics 3658 447 937 108 13 954 Cantidad total 8185 100 832 8427 100 533

Tratamiento adecuado para degradar faacutermacos en efluents de hospital

Siguiente objetivo Tratamiento en continuo de efluentes

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Fungal inoculated (I)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Non-inoculated (NI)

Non-sterile continuous

treatments of real effluents

VHW treatment

(

) Glucose concentration

(

) COD

(

) Laccase activity

(darr) Fungal biomass partial renovation

(mdash) Glucose addition rate

2 HRT studied

Decrease in laccase activity even with partial biomass renovation

Fungal inoculated (I)

Casas et al 2013 Env Technol 34 113

Glucose 026 g g DCW d

Ammonium 12 mg g DCW d

No glucose accumulation

Need for nutrients

Previous studies in synthetic

media and sterile conditions

CRT

Blaacutenquez et al 2006 Water Res 40 1650

CRT 21 days

13 biomass renovation every 7 days

CRT of 15 days

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Que es lo que sucede

Se muere el hongo aunque estamos renovando la

biomasa no hay suficiente hongo

No hay degradacioacuten

52

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

VHW treatment (2)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

NH4+ addition

PhACs removal

Fungal inoculated (I)

Non-inoculated (NI)

(

) Wastewater (Influent)

(

) Reactor effluent

The analyses have

been performed by

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Microbial community assessment (DGGE)

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Time

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Trametes versicolor

Candida spp

Fusarium solani

Unknown

T versicolor survived until the end of the treatment

laccase activity is not a good indicator

ESCENARIOS DE GESTIOacuteN DE EFLUENTES DE HOSPITAL

EDAR

No eliminacioacuten

de faacutermacos

Dilucioacuten en

el efluente

urbano

Aguas

urbanas

Fong

No eliminacioacuten

de DQO

Hongo Aguas

urbanas

EDAR

HOSPITAL

Srsquoha comprovat la capacitat de T versicolor per degradar fagravermacs

Badiacutea-Fabregat et al 2014 Rodriacuteguez-Rodriacuteguez et al 2014 Cruz-Moratoacute et al 2013

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Inconvenients al tractament drsquo

aiguumles drsquohospitals reals

- Necessitat drsquoaddicionar nutrients - Competegravencia amb bacteris

Possibles solucions Estrategravegies

- Pretractament de lrsquoefluent - Altres configuracions de reactors - Canvi en la font de carboni

Posada a punt del sistema TRH Relacioacute QRQL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

1 2 3

4

5

6

7

1 Tanc drsquoalimentacioacute 2 Tanc de mescla 3 Tanc drsquoeluents de

sortida 4 Bomba de recirculacioacute 5 Bioreactor 6 Entrada drsquoaire 7 Controlador de pH

TRH 3d

QL

QR

QL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

Desenvolupament processos

Efluent hospital

real (HWW)

Aiguumles residuals urbanes

(UWW)

Trametes versicolor

T versicolor crescut sobre fusta

Filtre percolador amb T versicolor crescut sobre fusta

Microalgues Degradacioacute a

escala Erlenmeyer Fotobioreactor FBR

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 7: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

REACTORES

Tanque agitado micelio crecimiento disperso Problemas operacionales

Lecho fluidizado Pellets Todos los hongos forman pellets

Lecho fijo Hongo inmovilizado Problemas operacionales

Produccioacuten de biomasa fuacutengica morfologia en funcion de la aplicacioacuten-reactor

OBJETIVO

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Medio agar (15gL)

Extracto de malta

(20 gL)

135 rpm durante

6 dias y a 25 ordmC

150 mL de extracto de

malta de 20 gL a pH

45

135 rpm

durante 5 dias

y a 25 ordmC

NaCl 08 11 (vv)

PRODUCCIOacuteN DE PELETS (escala Erlenmeier)

250 mL de

extracto

de malta

de 20 gL

a pH 45

1 mL

40 g pellets (peso

humedo)

Aprox

Peso humedopeso

seco = 26

40 g pellets (peso

humedo)L=15 g DCWL

75 mL de

solucion stock

de micelio

Separar el

micelio

A partir de los resultados anteriores seleccionamos

el hongo Trametes versicolor para el tratamiento de efluentes

por su facilidad en formar pellets

la agitacioacuten en cultivos sumergidos no afecta a la produccioacuten

enzimaacutetica

Morfologia-crecimiento mas adecuado

Productor de enzimas extracelulares MnP y Lacasa

Reactor con pellets de T versicolor fluidizados por pulsos de aire

Objetivo demostrar la relacioacuten entre tratamiento

(condiciones esteacuteriles) y produccioacuten enzimaacutetica

Eliminacioacuten de color (80) de lejias

negras de papelera

con Trametes versicolor

1 Efluente inicial 2 Efluente final 3 Efluente + Pellets final

1 2 3

Detoxificacioacuten de lejiacuteas negras por Phanerochaete

chrysosporium inmovilizado y pellets de Trametes

versicolor

Enzyme production (AUh)

0e+0 2e+4 4e+4 6e+4 8e+4 1e+5

Toxic

ity r

ed

uctio

n

0

1

2

3

4

5

6

Enzyme production (AUh)

0e+0 2e+4 4e+4 6e+4 8e+4 1e+5

Toxic

ity r

ed

uctio

n

0

1

2

3

4

5

6

Detoxification = AMnP 6E-05 + 08475

Detoxification = Alaccase 535E-5 + 00278

Aenzyme denotes the amount of enzyme produced (AUh) at the time

when detoxification was calculated

Correlacioacuten entre enzima extracelular y destoxificacioacuten

Ph crysosporium Relacioacuten CN para produccioacuten de MnP T versicolor Relacioacuten CN para produccioacuten de Lacasa

Pero NO correlacioacuten entre eliminacioacuten de color y produccioacuten enzimaacutetica

Enzimas extracelulares

bullEn que tipo de reacciones intervienen Oxidacioacuten hidroxilacioacuten etc bullComo atacan a las moleacuteculas Polimerizacioacuten despolimerizacioacuten rotura de enlaces rotura de anillos aromaacuteticos etchellip

Objetivo Estudio de la degradacioacuten de moleacuteculas y enzimas que intervienen

bullEstudios de degradacioacuten de colorantes textiles bullEstudios de degradacioacuten de disolventes clorados

bullEstudios de degradacioacuten de HAP

bullEstudios de degradacioacuten de contaminantes emergentes

Las aguas procedentes de la industria textil se caracterizan

Hoy en diacutea auacuten no se ha desarrollado un tratamiento bioloacutegico universal de depuracioacuten de aguas residuales textiles

Variedad de colorantes utilizados

Los colorantes son estructuras complejas poco biodegradables y muy estables

El estudio de nuevos tratamientos bioloacutegicos para estos efluentes es una opcioacuten interesante

En las EDAR los colorantes se adsorben sobre la biomasa causando problemas

LA INDUSTRIA TEXTIL y SU PROBLEMAacuteTICA AMBIENTAL

HONGOS

En los experimentos realizados se han conseguido rendimientos

de eliminacioacuten del color de hasta el 90

iquestCual es el mecanismo de eliminacioacuten del

colorante

bull bioadsorcioacuten

bull biotransformacioacuten

t inicial t final

Pelets de T versicolor + colorante Gris Lanaset G Tratamiento en discontinuo

Se ha determinado la capacidad del hongo ligninoliacutetico para degradar el colorante Gris Lanaset G (Mezcla de colorantes metaacutelicos de estructura y composicioacuten no disponible)

Biomass

Cr-dye +

Cr free

Cr-dye +

Cr free

Metal

desorption

FINAL

Cr-dye

Cr-dye +

Cr free

STEP2

Dye in biomass

Cr-dye

INITIAL

t= 0 h

Dye adsorbed

Cr-dye

Cr-dye

degradation

STEP 1

t= 1 ht= 45 d

S

O

L

I

D

P

H

A

S

E

L

I

Q

U

I

D

P

H

A

S

E

Dye

Dye

Dye

adsorption

Dye

Biomass

Cr-dye +

Cr free

Cr-dye +

Cr free

Metal

desorption

FINAL

Cr-dye

Cr-dye +

Cr free

STEP2

Dye in biomass

Cr-dye

INITIAL

t= 0 h

Dye adsorbed

Cr-dye

Cr-dye

degradation

STEP 1

t= 1 ht= 45 d

S

O

L

I

D

P

H

A

S

E

L

I

Q

U

I

D

P

H

A

S

E

Dye

Dye

Dye

adsorption

Dye

MECANISMO DE DEGRADACIOacuteN DEL COLOR

Mecanismo de degradacioacuten de colorantes por

los hongos ligninoliacuteticos

1ra etapa adsorcioacuten en la biomasa del hongo

2ordf etapa degradacioacuten intracelular

En este caso gracias al metal podemos demostrar que la

degradacioacuten tiene lugar en el interior del hongo o al menos parte

de ella

Cual es el papel del enzima extracelular

es la enzima extracelular que estamos midiendo (lacasa) la

responsable de la degradacioacuten

TRATAMIENTO COLORANTE GRIS LANASET G

DEGRADACIOacuteN DEL COLORANTE GRIS LANASET G CON TRAMETES VERSICOLOR

Medida de la enzima lacasa intracelular y extracelular

98 de eliminacioacuten de color a las 75 h

(57 debido a la adsorcioacuten Killed control)

Medio inicial (A) y final (B) del tratamiento

Peacutelets antes (B) y despueacutes del tratamiento (C) y peacutelets tentildeidos con colorante a t=1h (A)

Tiempo (h)

0 50 100 150 200 250 300

Lacasa e

xtr

acelu

lar

tota

l (U

A)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

Lacasa intr

acelu

lar

tota

l (U

A)

0

40

80

120

160

200

240

280

Conc

colo

rante

(gl)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Conc

glu

cosa (

gl)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Activitat extracelular

Activitat intracelular

Colorante

Glucosa

Glu

cosa

(g

l)

Co

lora

nte

(m

gl)

DEGRADACIOacuteN DE COLORANTES TEXTILES

Antes de las 24h deteccioacuten de lacasa intracelular

Si la enzima lacasa es la responsable de la degradacion

Porque utilizar microorganismos y no enzimas

Es mas facil trabajar con enzimas que con

microorganismos

Se puede utilizar la dosis de enzima necesaria

Perohellip

Un unico enzima puede degradar todos los colorantes en un efluente

Los enzimas hasta donde llegan Degradantransformanmineralizan

Un unico enzima puede hacer lo mismo que un microorganismo que es

multienzimaacutetico

APLICACIOacuteN DEL PROCESO DE DECOLORACIOacuteN A DIFERENTES COLORANTES

RESULTADOS DE DEGRADACIOacuteN DE LOS COLORANTES AacuteCIDOS

Colorante Lanasyn Grey

(Azo complejo metaacutelico)

Alizarin Red S

(Antraquinoacutenico)

Acid Fuchsin

(Triarilmetano)

Decoloracioacuten 796 938 9998

Reduccioacuten Toxicidad 12 12 19

O

N

NH

C OEt

O

N

S

O

MeO

O

C

O

OEt

NH R

H+

Cr3+

N

N

R

OO

S O

O

Me

O

O

OH

SO3Na

NH2

SO3

C

H3C

H2N

NaO3S

NH2

SO3Na

DEGRADACIOacuteN DE COLORANTES TEXTILES

ESTUDI DEL PROCEacuteS DEGRADACIOacute DE COLORANTS TEgraveXTILS AMB EL FONG Trametes versicolor

COLORANT Trametes versicolor ENZIM 1210 UL

Nom comuacute Classificacioacute quiacutemica Decoloracioacute

24 i 100 h

Decoloracioacute

24h

Acid Fuchsin Trifenilmetagrave 98-99 28

Acid Green 16 Trifenilmetagrave 90-99 60 gt

24h

Alizarin Red S Antraquinogravenic 92-94 84

Amino Black 10 Diazo 96-99 93

Azocarmine B Quinoneimine 90-99 84

Basic Fuchsin Trifenilmetagrave 12-40 18

Brilliant Green 1 Trifenilmetagrave 55-93 90

Brilliant Green 20 Trifenilmetagrave 76-78 90

Burdeos Lanset B (mescla) 83-88 67

Gris Lanaset G (mescla) 92-98 35

Pardo Lanaset B (mescla) 64-81 60

Lanasyn Grey G Metagravelmiddotlic azoic 72-87 49

Methylene Blue Tiazina 14-28 37

Naphtol Yellow S Nitro 8-50-92 (240h) 0

Orange G Azo 97-99 87

Desactivacioacute enzimagravetica

DEGRADACIOacute DE COLORANTS comparacioacute fong vs enzim lacasa

Biodegradacioacute drsquoaltres famiacutelies de colorants

2D Graph 3

Tems (h)

0 20 40 60 80 100 120

Co

nc

en

tra

cioacute

co

lor

(mg

L)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Ac

tivit

at

(UL

)

0

20

40

60

80

100

120

140

Temps GLG (h) vs GLG (mgl)

Temps OG (h) vs OG (mgl)

Temps AF (h) vs AF (mgl)

Temps GLG-2 (h) vs GLG-2 (mgl)

Temps GLG (h) vs Activitat GLG (UA)

Temps OG (h) vs Activitat OG (UA)

Temps ARS (h) vs Activitat ARS (UA)

Temps GLG-2 (h) vs Activitat GLG-2 (UA) Temps ARS (h) vs ASR (mgl)

Temps AF (h) vs Activitat AF (UA)

DISCONTINUS REPETITS 24 hores

Gris Lanaset G co = 1556 mgL 946 decol

Orange G co = 1509 mgL 974 decol

Alizarin Red S co = 1425 mgL 874 decol

Acid Fuchsin co = 1370 mgL 982 decol

Gris Lanaset G co = 732 mgL 776 decol

Productes de degradacioacute del metabolisme del

fong per diferents famiacutelies de colorants

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 ppmLongitud dona (nm)

350 400 450 500 550 600 650

Absorb

agravencia

00

02

04

06

08

10

Temps 0 min

Temps 8 min

Temps 30 min

Temps 60 min

Temps 2h

Temps 4h

Temps 24h

0 min

4 h

24 h

60 min

2 h

30 min

8 min

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

Brilliant Green 1

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

NH(CH2CH3)2 + +

EL FONG EacuteS CAPACcedil DE DEGRADAR AgraveCID BENZOIC en 24 hores

H-RMN en liacutenea

Orange G

NH2CH2N

NH2

No subproductes

Acid Fuchsin

WRF

Citocromo P450

2 Lacasas

Lignina peroxidasa

Peroxidasa versaacutetil

MnP

1 Pero

xidasas

Enzimas modificadoras de lignina

Trametes versicolor

Enzimas extracelulares Enzimas intracelulares

Hidroxilacioacuten

Epoxidacioacuten

Reduccioacuten Desalquilacioacuten

Oxigenacioacuten

Ruptura C-C

Desmetilacioacuten

Hidroxilacioacuten Dipolimerizacioacuten fenoles

Oxidacioacuten alcoholes

El mecanismo de degradacioacuten de algunos contaminantes no esta ligado a la produccioacuten de los enzimas extracelulares sino al sistema intracelular Cytocromo P450 monooxigenasa

Identificacioacuten gen cyt P450 en P chrysosporium 1997 y en T versicolor 2002

Objetivo desarrollo de proceso

Reactor fludizado por pulsos de aire

Fong en forma de pegravelmiddotlets Biomassa fluiumlditzada per polsos drsquoaire Tordf ograveptima fong 25ordmC pH ograveptim fong 45 Nutrients (CN) y micronutrients Avaluacioacute activitat fuacutengica enzim lacasa Condicions esterils

Temps (d)

0 5 10 15 20

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Laca

sa (

UA

l)

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

Reducc

ioacute d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Glucosa

Lacasa

Reduccioacute de color

TRH (h)

0 20 40 60 80 100 120

mg G

LG e

limin

ats

lmiddoth

0

5

10

15

20

25

30

Experimental

Normativa

Efecte del TRH

TRH 48 h

Temps (d)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Laca

sa (

UA

l)

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

Reducc

ioacute d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Glucosa

Lacasa

Reduccioacute de color

0

20

40

60

80

100

0 7 14 21 28 35 42 49 56 63P

erc

en

tatg

e d

e b

iom

as

sa

()

Temps (d)

gt42 dies

35 dies

28 dies

21 dies

14 dies

7 dies

0 dies

Estrategravegia purga i renovacioacute 13 de la

biomassa cada 7 dies

TRC 21 dies

decoloracions gt 90

distribucioacute drsquoedats constant

82 biomassa amb lt28 dies

Pegraverdua morfologiacutea dels pegravelmiddotlets lisis celmiddotlular

Tiempo (d)0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Laca

sa (

UA

l)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

Reducc

ioacuten d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

10068 525 59 72 4848

- Renovar la biomassa - Ni macro ni micronutrients - Glucosa qualitat industrial - Colorant no estegraveril

Formulacioacute del medi de cultiu

Seleccioacute del bioreactor

Escalat

Escalat de la produccioacute de biomassa

Produccioacute de pegravelmiddotlets clagravessica

Coll drsquoampolla

Cost medi (extracte de malta)

Limitacioacute en la produccioacute a escala Erlenmeyer

Objectius

Morfologia en forma de pelmiddotlets

Mida plusmn 3mm

Pasos experimentals

40 x

Biomassa gt 3 g DCWmiddotl-1

Morfologia adequada

280

598 0

50

100

150

200

250

300

Malt extract Defined medium

Co

st (

euromiddotK

g-1) Reduccioacute de cost 98

Escalat de la produccioacute de biomassa

La enzima lacasa es uno de los principales

catalizadores de la biodegradacioacuten pero no el uacutenico

responsable

El hongo degrada casi todos los colorantes

(algunos si estan en concentraciones subtoacutexicas)

La monitorizacioacuten de la produccioacuten enzimaacutetica y

consumo de glucosa son buenos indicadores de la

actividad metaboacutelica del hongo hay que

suministrar nutrientes para mantener la actividad

enzimaacutetica

El hongo puede degradar metabolitos resultantes

de la degradacioacuten que el enzima lacasa no puede

degradar

Algunas conclusiones

Porque utilizar microorganismos y no enzimas

si es mucho mas facil dosificar enzimas

los efluentes a tratar (liacutequidos o soacutelidos) contienen

una mezcla muy compleja de contaminantes no

podemos optimizar ni el enzima ni las condiciones

es difiacutecil que un enzima pueda degradar todos los

contaminantes presentes

en muchos casos los enzimas solo realizan un paso

de la transformacioacuten y se pueden formar TPs toacutexicos

o no biodegradables

el microorganismo es un sistema multienzimaacutetico

2010 20151985 1990 1995 2000 2005

Cronograma de los trabajos publicados en relacioacuten a biodegradacioacuten de contaminantes por hongos en medio liacutequido

Contaminantes emergentes

Pesticidas (DDT amp DDE)

PCBs HAPs Disolventes clorados

AR de produccioacuten Aceite de oliva

AR de la induacutestria del papel

Retardantes de llama (Bromados)

Faacutermacos

Filtros solares UV

Deteccioacuten faacutermacos en medio ambient

Colorantes sinteacuteticos Explosivos

TNT y nitroglicerina

AR de la industria textil

ASPECTOS GENERALES

A que se llama contaminantes emergentes

Productos considerados contaminantes actualmente pero no en el pasado presentes de forma constante en el medio ambiente a bajas concentraciones provocando problemas en el ecosistema y pendientes de ser regulados en un futuro proacuteximo

Entre ellos se incluyen los faacutermacos drogas de abuso productos asociados a la higiene y cuidado corporal retardantes de llama plaguicidashellip Caracteriacutesticas

alto consumo acumulacioacuten en el medio y organismos potencial disruptor endocrino toxicidadhellip

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

EDAR

Mezcla de ldquocontaminantes emergentesrdquo

metabolitos

substancias conjugadas

EXCRECIOacuteNVERTIDO

Retenidos en los lodos

inalterados

transformados

Mineralizados

Transformados

Inalterados

Presencia en aguas subterraneas superficiales y

sedimentos

Presencia en suelos

efluente

influente

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

bull 2005 la mayoriacutea de estudios realizados se centran en ndash Puesta a punto de meacutetodos analiacuteticos

ndash Deteccioacuten en aguas superficiales y subterraacuteneas

ndash Deteccioacuten en sistemas de tratamiento convencionales (EDARs)

ndash Deteccioacuten en efluentes de hospitales

bull Algunos estudios de degradacioacuten por bacterias en efluentes

bull Escasos (ninguno) estudios de degradacioacuten en lodos

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

HONGOS

Cual es el principal problema que presenta estudiar su degradacioacuten

Las bajas concentraciones en que se encuentran y el

hecho de estar en matrices muy complejas dificulta

su deteccioacuten y cuantificacioacuten

Aplicacioacuten en matrices liquidas y soacutelidas

Matrices liacutequidas

Aguas residuales de hospital

Aguas residuales de la Vila Universitaria

Concentrado de un proceso de membranas

Aguas de un hospital veterinario

Matrices solidas

Lodos de depuradoras urbanas

Lodos de reactor MBR

37 Verlicchi et al J hydrology 2010 also WST 2010

erythromycin (antibiotic)

Iopromide (ICM)

ifosfamide (cytostatic)

Ibuprofen (analgesic)

Glucose

Therapeutic classes contrast media (ICM) heavy metals in a hospital effluentndash Comparison with an urban effluent

Hospital effluent Mean value

Urban effluent Mean value

Degradacioacuten de faacutermacos modelo e identificacioacuten de productos de transformacioacuten en condiciones esteacuteriles

Nos permite demostrar que el hongo es

el responsable de la degradacioacuten

Tratamiento de efluentes reales en condiciones no esteacuteriles Cuantificacioacuten de la eliminacioacuten de faacutermacos y ecotoxicidad

Tratamiento de efluentes por hongos Degradacioacuten de faacutermacos

38

EXPERIMENTOS IN VIVO PARA CUANTIFICAR DEGRADACIOacuteN

EXPERIMENTOS PARA DETERMINAR EL PAPEL DE LOS ENZIMAS

- In vitro Lacasa comercial

- In vivo Inhibidores del citocrom P450 (1-aminobenzotriazole)

ESTUDIO DE LA TOXICIDAD (Microtox regTest )

- Bacteria bioluminescente V ficheri

- EC50 a los 15 min Concentracioacuten que disminuye la luz emitida por la bacteria al 50

- Cuanto mas alta sea la EC50 menor es la toxicidad

ANAgraveLISIS DE FAgraveRMACOS EXTRACCIOacuteN EN FASE SOacuteLIDA i HPLC

IDENTIFICACIOacuteN DE SUBPRODUCTOS Servei RMN-UAB

(Medio + contaminante) (Medio + contaminante+ hongo inactivado)

Adsorcioacuten Degradacioacuten miacutenima

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS INDIVIDUALES

EC50

50

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Control abioacutetico Control inactivado Experimental (Medio + contaminante+hongo activo)

Idaea-CSIC ICRA

Ketoprofeno

Eliminacioacute del 100

Metabolits hidroxilats

Perfil de concentracioacute de subproductes del ketoprofen

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS MODELO

IOPROMIDE degradation in Erlenmeyer flasks by

T versicolor pellets Time course degradation of Iopromide

added at approximately 12 mg L-1 Symbols non-inoculated controls ()

experimental cultures () heat-killed

controls () glucose () and laccase

activity (loz)

62 degradation is

observed after 7days of

exposure and remains

constant until the end of

the experiment

Toxicity by Microtox bioassay

Time EC50 ()

Non-biotic control 2

15min 2

8h 1

1d 43

4d 66

7d 87

12d 110

High toxicity at initial time

(EC50 2) Toxicity decreases

over time

Gros et al 2014 Water Research

Degradacioacuten de farmacos en aguas residuales

en bioreactor

CONDITIONS

Sterile effluent

No sterile

Batch

Continuous

Nutrients addition

Non-nutrients addition

Fluidized bed bioreactors 15

and 10 L

Air pulses

T versicolor in form of pellets

pH (45) and temperature (25ordmC)

control

MONITORING

Pharmaceuticals degradation

Acute toxicity (Microtox)

Laccase glucose etc

101

1-ep

oxyC

BZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Cipro

floxa

cin

50

100

150

200

250

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

Cef

alex

in

Ibup

rofe

n

Aceta

minop

hen

Azitro

micin

1

2

3

4

Ketop

rofe

n

Propr

anolol

Cita

lopr

am

Car

bamaz

epine

Acridon

e

Con

cen

tracioacute

(micro

g L

-1)

000

003

006

009

012

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS (Vila Universitaria de la UAB)

Tratamiento no esteril en batch

Eliminacioacuten completa del 70 de los faacutermacos detectados

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Comparacioacuten de la eliminacioacuten de los faacutermacos por el

hongo versus lodos activados (bibliografia)

Grup Fagravermac Concentracioacute

(microg L-1)

Eliminacioacute estegraveril

()

Eliminacioacute no estegraveril

()

Eliminacioacute per llots activats

() Analgegravesics Acetaminofen 387 100 100 82-99

Ibuprofen 1261 100 100 82-99 Ketoprofen lt048 35 100 lt50 Codeina 002 100 - lt82 Antibiogravetics Azitromicin 431 - 100 lt40

Ciprofloxacin 8471 - 35 50-96 (adsorcioacute) Cefalexin 059 - -51 96 β-blockers Propanolol 006 - 100 59-70 Psiquiatrics Carbamazepina 07 -37 Augmenta lt20 Augmenta

1011- epoxy CBZ 755 100 79 - 2-Hydroxy CBZ 1638 46 100 -

Acridone 101 100 Augmenta - Citalopram 01 100 100 -

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Porcentajes de eliminacioacuten superiores en el tratamiento por hongos

Problema cuantificacioacuten inicial de carbamazepina conjugacioacuten

Ace

tam

inop

hen

Ibup

rofen

Ket

opro

fen

Nap

roxe

n

Salicylic a

cid

Cod

eine

Phe

nazo

ne

Dex

amet

haso

ne

Diclofena

c

Piro

xica

m

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

500

1000

1500

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

50

Tratamiento no esteacuteril Analgeacutesicos

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

46

Cipro

floxa

cin

Oflo

xacin

Clarit

hrom

ycin

Sulfam

etho

xazo

le

Azith

rom

ycin

Met

ronida

zole

Met

ronida

zole-O

H

Trim

etho

prim

Dim

etrid

azole

Ron

idaz

ole

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

35

40

100

150

200

250

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Antibioacuteticos

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

101

1-ep

oxy

CBZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Car

bam

azep

ine

Acr

idon

e

Lora

zepa

m

Cita

lopr

am

Ven

lafaxine

Pra

vast

atin

Olanz

apine

Ser

tralin

e

Fluox

etine

Par

oxet

ine

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

000

025

050

075

100

400800

120016002000

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Faacutermacos de uso psiquiaacutetrico

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Ben

zotri

azole

OP2E

O

Eth

ylpa

rabe

n

Pro

pylpar

aben

BPA

OP

Con

cen

tration

(micro

g L

-1)

0

2

4

6

8

10

20

30

40

50

60

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Compuestos disruptores endocrinos

70 eliminacioacute

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Famiacutelia faacutermacos Tratamiento esteacuteril Tratamiento no esteacuteril

Carga inicial (microg)

Eliminacioacuten ()

Carga inicial (microg)

Eliminacioacute ()

Analgegravesics 1475 180 993 1511 179 988 Antibiogravetics 569 69 861 239 28 908 Cafeiumlna 757 92 79 1490 177 384 EDC 124 15 813 704 84 744 Iopromida 1046 128 755 4197 498 340 Altres fagravermacs 557 68 862 177 21 863 Psiquiagravetrics 3658 447 937 108 13 954 Cantidad total 8185 100 832 8427 100 533

Tratamiento adecuado para degradar faacutermacos en efluents de hospital

Siguiente objetivo Tratamiento en continuo de efluentes

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Fungal inoculated (I)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Non-inoculated (NI)

Non-sterile continuous

treatments of real effluents

VHW treatment

(

) Glucose concentration

(

) COD

(

) Laccase activity

(darr) Fungal biomass partial renovation

(mdash) Glucose addition rate

2 HRT studied

Decrease in laccase activity even with partial biomass renovation

Fungal inoculated (I)

Casas et al 2013 Env Technol 34 113

Glucose 026 g g DCW d

Ammonium 12 mg g DCW d

No glucose accumulation

Need for nutrients

Previous studies in synthetic

media and sterile conditions

CRT

Blaacutenquez et al 2006 Water Res 40 1650

CRT 21 days

13 biomass renovation every 7 days

CRT of 15 days

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Que es lo que sucede

Se muere el hongo aunque estamos renovando la

biomasa no hay suficiente hongo

No hay degradacioacuten

52

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

VHW treatment (2)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

NH4+ addition

PhACs removal

Fungal inoculated (I)

Non-inoculated (NI)

(

) Wastewater (Influent)

(

) Reactor effluent

The analyses have

been performed by

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Microbial community assessment (DGGE)

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Time

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Trametes versicolor

Candida spp

Fusarium solani

Unknown

T versicolor survived until the end of the treatment

laccase activity is not a good indicator

ESCENARIOS DE GESTIOacuteN DE EFLUENTES DE HOSPITAL

EDAR

No eliminacioacuten

de faacutermacos

Dilucioacuten en

el efluente

urbano

Aguas

urbanas

Fong

No eliminacioacuten

de DQO

Hongo Aguas

urbanas

EDAR

HOSPITAL

Srsquoha comprovat la capacitat de T versicolor per degradar fagravermacs

Badiacutea-Fabregat et al 2014 Rodriacuteguez-Rodriacuteguez et al 2014 Cruz-Moratoacute et al 2013

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Inconvenients al tractament drsquo

aiguumles drsquohospitals reals

- Necessitat drsquoaddicionar nutrients - Competegravencia amb bacteris

Possibles solucions Estrategravegies

- Pretractament de lrsquoefluent - Altres configuracions de reactors - Canvi en la font de carboni

Posada a punt del sistema TRH Relacioacute QRQL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

1 2 3

4

5

6

7

1 Tanc drsquoalimentacioacute 2 Tanc de mescla 3 Tanc drsquoeluents de

sortida 4 Bomba de recirculacioacute 5 Bioreactor 6 Entrada drsquoaire 7 Controlador de pH

TRH 3d

QL

QR

QL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

Desenvolupament processos

Efluent hospital

real (HWW)

Aiguumles residuals urbanes

(UWW)

Trametes versicolor

T versicolor crescut sobre fusta

Filtre percolador amb T versicolor crescut sobre fusta

Microalgues Degradacioacute a

escala Erlenmeyer Fotobioreactor FBR

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 8: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Medio agar (15gL)

Extracto de malta

(20 gL)

135 rpm durante

6 dias y a 25 ordmC

150 mL de extracto de

malta de 20 gL a pH

45

135 rpm

durante 5 dias

y a 25 ordmC

NaCl 08 11 (vv)

PRODUCCIOacuteN DE PELETS (escala Erlenmeier)

250 mL de

extracto

de malta

de 20 gL

a pH 45

1 mL

40 g pellets (peso

humedo)

Aprox

Peso humedopeso

seco = 26

40 g pellets (peso

humedo)L=15 g DCWL

75 mL de

solucion stock

de micelio

Separar el

micelio

A partir de los resultados anteriores seleccionamos

el hongo Trametes versicolor para el tratamiento de efluentes

por su facilidad en formar pellets

la agitacioacuten en cultivos sumergidos no afecta a la produccioacuten

enzimaacutetica

Morfologia-crecimiento mas adecuado

Productor de enzimas extracelulares MnP y Lacasa

Reactor con pellets de T versicolor fluidizados por pulsos de aire

Objetivo demostrar la relacioacuten entre tratamiento

(condiciones esteacuteriles) y produccioacuten enzimaacutetica

Eliminacioacuten de color (80) de lejias

negras de papelera

con Trametes versicolor

1 Efluente inicial 2 Efluente final 3 Efluente + Pellets final

1 2 3

Detoxificacioacuten de lejiacuteas negras por Phanerochaete

chrysosporium inmovilizado y pellets de Trametes

versicolor

Enzyme production (AUh)

0e+0 2e+4 4e+4 6e+4 8e+4 1e+5

Toxic

ity r

ed

uctio

n

0

1

2

3

4

5

6

Enzyme production (AUh)

0e+0 2e+4 4e+4 6e+4 8e+4 1e+5

Toxic

ity r

ed

uctio

n

0

1

2

3

4

5

6

Detoxification = AMnP 6E-05 + 08475

Detoxification = Alaccase 535E-5 + 00278

Aenzyme denotes the amount of enzyme produced (AUh) at the time

when detoxification was calculated

Correlacioacuten entre enzima extracelular y destoxificacioacuten

Ph crysosporium Relacioacuten CN para produccioacuten de MnP T versicolor Relacioacuten CN para produccioacuten de Lacasa

Pero NO correlacioacuten entre eliminacioacuten de color y produccioacuten enzimaacutetica

Enzimas extracelulares

bullEn que tipo de reacciones intervienen Oxidacioacuten hidroxilacioacuten etc bullComo atacan a las moleacuteculas Polimerizacioacuten despolimerizacioacuten rotura de enlaces rotura de anillos aromaacuteticos etchellip

Objetivo Estudio de la degradacioacuten de moleacuteculas y enzimas que intervienen

bullEstudios de degradacioacuten de colorantes textiles bullEstudios de degradacioacuten de disolventes clorados

bullEstudios de degradacioacuten de HAP

bullEstudios de degradacioacuten de contaminantes emergentes

Las aguas procedentes de la industria textil se caracterizan

Hoy en diacutea auacuten no se ha desarrollado un tratamiento bioloacutegico universal de depuracioacuten de aguas residuales textiles

Variedad de colorantes utilizados

Los colorantes son estructuras complejas poco biodegradables y muy estables

El estudio de nuevos tratamientos bioloacutegicos para estos efluentes es una opcioacuten interesante

En las EDAR los colorantes se adsorben sobre la biomasa causando problemas

LA INDUSTRIA TEXTIL y SU PROBLEMAacuteTICA AMBIENTAL

HONGOS

En los experimentos realizados se han conseguido rendimientos

de eliminacioacuten del color de hasta el 90

iquestCual es el mecanismo de eliminacioacuten del

colorante

bull bioadsorcioacuten

bull biotransformacioacuten

t inicial t final

Pelets de T versicolor + colorante Gris Lanaset G Tratamiento en discontinuo

Se ha determinado la capacidad del hongo ligninoliacutetico para degradar el colorante Gris Lanaset G (Mezcla de colorantes metaacutelicos de estructura y composicioacuten no disponible)

Biomass

Cr-dye +

Cr free

Cr-dye +

Cr free

Metal

desorption

FINAL

Cr-dye

Cr-dye +

Cr free

STEP2

Dye in biomass

Cr-dye

INITIAL

t= 0 h

Dye adsorbed

Cr-dye

Cr-dye

degradation

STEP 1

t= 1 ht= 45 d

S

O

L

I

D

P

H

A

S

E

L

I

Q

U

I

D

P

H

A

S

E

Dye

Dye

Dye

adsorption

Dye

Biomass

Cr-dye +

Cr free

Cr-dye +

Cr free

Metal

desorption

FINAL

Cr-dye

Cr-dye +

Cr free

STEP2

Dye in biomass

Cr-dye

INITIAL

t= 0 h

Dye adsorbed

Cr-dye

Cr-dye

degradation

STEP 1

t= 1 ht= 45 d

S

O

L

I

D

P

H

A

S

E

L

I

Q

U

I

D

P

H

A

S

E

Dye

Dye

Dye

adsorption

Dye

MECANISMO DE DEGRADACIOacuteN DEL COLOR

Mecanismo de degradacioacuten de colorantes por

los hongos ligninoliacuteticos

1ra etapa adsorcioacuten en la biomasa del hongo

2ordf etapa degradacioacuten intracelular

En este caso gracias al metal podemos demostrar que la

degradacioacuten tiene lugar en el interior del hongo o al menos parte

de ella

Cual es el papel del enzima extracelular

es la enzima extracelular que estamos midiendo (lacasa) la

responsable de la degradacioacuten

TRATAMIENTO COLORANTE GRIS LANASET G

DEGRADACIOacuteN DEL COLORANTE GRIS LANASET G CON TRAMETES VERSICOLOR

Medida de la enzima lacasa intracelular y extracelular

98 de eliminacioacuten de color a las 75 h

(57 debido a la adsorcioacuten Killed control)

Medio inicial (A) y final (B) del tratamiento

Peacutelets antes (B) y despueacutes del tratamiento (C) y peacutelets tentildeidos con colorante a t=1h (A)

Tiempo (h)

0 50 100 150 200 250 300

Lacasa e

xtr

acelu

lar

tota

l (U

A)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

Lacasa intr

acelu

lar

tota

l (U

A)

0

40

80

120

160

200

240

280

Conc

colo

rante

(gl)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Conc

glu

cosa (

gl)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Activitat extracelular

Activitat intracelular

Colorante

Glucosa

Glu

cosa

(g

l)

Co

lora

nte

(m

gl)

DEGRADACIOacuteN DE COLORANTES TEXTILES

Antes de las 24h deteccioacuten de lacasa intracelular

Si la enzima lacasa es la responsable de la degradacion

Porque utilizar microorganismos y no enzimas

Es mas facil trabajar con enzimas que con

microorganismos

Se puede utilizar la dosis de enzima necesaria

Perohellip

Un unico enzima puede degradar todos los colorantes en un efluente

Los enzimas hasta donde llegan Degradantransformanmineralizan

Un unico enzima puede hacer lo mismo que un microorganismo que es

multienzimaacutetico

APLICACIOacuteN DEL PROCESO DE DECOLORACIOacuteN A DIFERENTES COLORANTES

RESULTADOS DE DEGRADACIOacuteN DE LOS COLORANTES AacuteCIDOS

Colorante Lanasyn Grey

(Azo complejo metaacutelico)

Alizarin Red S

(Antraquinoacutenico)

Acid Fuchsin

(Triarilmetano)

Decoloracioacuten 796 938 9998

Reduccioacuten Toxicidad 12 12 19

O

N

NH

C OEt

O

N

S

O

MeO

O

C

O

OEt

NH R

H+

Cr3+

N

N

R

OO

S O

O

Me

O

O

OH

SO3Na

NH2

SO3

C

H3C

H2N

NaO3S

NH2

SO3Na

DEGRADACIOacuteN DE COLORANTES TEXTILES

ESTUDI DEL PROCEacuteS DEGRADACIOacute DE COLORANTS TEgraveXTILS AMB EL FONG Trametes versicolor

COLORANT Trametes versicolor ENZIM 1210 UL

Nom comuacute Classificacioacute quiacutemica Decoloracioacute

24 i 100 h

Decoloracioacute

24h

Acid Fuchsin Trifenilmetagrave 98-99 28

Acid Green 16 Trifenilmetagrave 90-99 60 gt

24h

Alizarin Red S Antraquinogravenic 92-94 84

Amino Black 10 Diazo 96-99 93

Azocarmine B Quinoneimine 90-99 84

Basic Fuchsin Trifenilmetagrave 12-40 18

Brilliant Green 1 Trifenilmetagrave 55-93 90

Brilliant Green 20 Trifenilmetagrave 76-78 90

Burdeos Lanset B (mescla) 83-88 67

Gris Lanaset G (mescla) 92-98 35

Pardo Lanaset B (mescla) 64-81 60

Lanasyn Grey G Metagravelmiddotlic azoic 72-87 49

Methylene Blue Tiazina 14-28 37

Naphtol Yellow S Nitro 8-50-92 (240h) 0

Orange G Azo 97-99 87

Desactivacioacute enzimagravetica

DEGRADACIOacute DE COLORANTS comparacioacute fong vs enzim lacasa

Biodegradacioacute drsquoaltres famiacutelies de colorants

2D Graph 3

Tems (h)

0 20 40 60 80 100 120

Co

nc

en

tra

cioacute

co

lor

(mg

L)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Ac

tivit

at

(UL

)

0

20

40

60

80

100

120

140

Temps GLG (h) vs GLG (mgl)

Temps OG (h) vs OG (mgl)

Temps AF (h) vs AF (mgl)

Temps GLG-2 (h) vs GLG-2 (mgl)

Temps GLG (h) vs Activitat GLG (UA)

Temps OG (h) vs Activitat OG (UA)

Temps ARS (h) vs Activitat ARS (UA)

Temps GLG-2 (h) vs Activitat GLG-2 (UA) Temps ARS (h) vs ASR (mgl)

Temps AF (h) vs Activitat AF (UA)

DISCONTINUS REPETITS 24 hores

Gris Lanaset G co = 1556 mgL 946 decol

Orange G co = 1509 mgL 974 decol

Alizarin Red S co = 1425 mgL 874 decol

Acid Fuchsin co = 1370 mgL 982 decol

Gris Lanaset G co = 732 mgL 776 decol

Productes de degradacioacute del metabolisme del

fong per diferents famiacutelies de colorants

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 ppmLongitud dona (nm)

350 400 450 500 550 600 650

Absorb

agravencia

00

02

04

06

08

10

Temps 0 min

Temps 8 min

Temps 30 min

Temps 60 min

Temps 2h

Temps 4h

Temps 24h

0 min

4 h

24 h

60 min

2 h

30 min

8 min

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

Brilliant Green 1

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

NH(CH2CH3)2 + +

EL FONG EacuteS CAPACcedil DE DEGRADAR AgraveCID BENZOIC en 24 hores

H-RMN en liacutenea

Orange G

NH2CH2N

NH2

No subproductes

Acid Fuchsin

WRF

Citocromo P450

2 Lacasas

Lignina peroxidasa

Peroxidasa versaacutetil

MnP

1 Pero

xidasas

Enzimas modificadoras de lignina

Trametes versicolor

Enzimas extracelulares Enzimas intracelulares

Hidroxilacioacuten

Epoxidacioacuten

Reduccioacuten Desalquilacioacuten

Oxigenacioacuten

Ruptura C-C

Desmetilacioacuten

Hidroxilacioacuten Dipolimerizacioacuten fenoles

Oxidacioacuten alcoholes

El mecanismo de degradacioacuten de algunos contaminantes no esta ligado a la produccioacuten de los enzimas extracelulares sino al sistema intracelular Cytocromo P450 monooxigenasa

Identificacioacuten gen cyt P450 en P chrysosporium 1997 y en T versicolor 2002

Objetivo desarrollo de proceso

Reactor fludizado por pulsos de aire

Fong en forma de pegravelmiddotlets Biomassa fluiumlditzada per polsos drsquoaire Tordf ograveptima fong 25ordmC pH ograveptim fong 45 Nutrients (CN) y micronutrients Avaluacioacute activitat fuacutengica enzim lacasa Condicions esterils

Temps (d)

0 5 10 15 20

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Laca

sa (

UA

l)

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

Reducc

ioacute d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Glucosa

Lacasa

Reduccioacute de color

TRH (h)

0 20 40 60 80 100 120

mg G

LG e

limin

ats

lmiddoth

0

5

10

15

20

25

30

Experimental

Normativa

Efecte del TRH

TRH 48 h

Temps (d)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Laca

sa (

UA

l)

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

Reducc

ioacute d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Glucosa

Lacasa

Reduccioacute de color

0

20

40

60

80

100

0 7 14 21 28 35 42 49 56 63P

erc

en

tatg

e d

e b

iom

as

sa

()

Temps (d)

gt42 dies

35 dies

28 dies

21 dies

14 dies

7 dies

0 dies

Estrategravegia purga i renovacioacute 13 de la

biomassa cada 7 dies

TRC 21 dies

decoloracions gt 90

distribucioacute drsquoedats constant

82 biomassa amb lt28 dies

Pegraverdua morfologiacutea dels pegravelmiddotlets lisis celmiddotlular

Tiempo (d)0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Laca

sa (

UA

l)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

Reducc

ioacuten d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

10068 525 59 72 4848

- Renovar la biomassa - Ni macro ni micronutrients - Glucosa qualitat industrial - Colorant no estegraveril

Formulacioacute del medi de cultiu

Seleccioacute del bioreactor

Escalat

Escalat de la produccioacute de biomassa

Produccioacute de pegravelmiddotlets clagravessica

Coll drsquoampolla

Cost medi (extracte de malta)

Limitacioacute en la produccioacute a escala Erlenmeyer

Objectius

Morfologia en forma de pelmiddotlets

Mida plusmn 3mm

Pasos experimentals

40 x

Biomassa gt 3 g DCWmiddotl-1

Morfologia adequada

280

598 0

50

100

150

200

250

300

Malt extract Defined medium

Co

st (

euromiddotK

g-1) Reduccioacute de cost 98

Escalat de la produccioacute de biomassa

La enzima lacasa es uno de los principales

catalizadores de la biodegradacioacuten pero no el uacutenico

responsable

El hongo degrada casi todos los colorantes

(algunos si estan en concentraciones subtoacutexicas)

La monitorizacioacuten de la produccioacuten enzimaacutetica y

consumo de glucosa son buenos indicadores de la

actividad metaboacutelica del hongo hay que

suministrar nutrientes para mantener la actividad

enzimaacutetica

El hongo puede degradar metabolitos resultantes

de la degradacioacuten que el enzima lacasa no puede

degradar

Algunas conclusiones

Porque utilizar microorganismos y no enzimas

si es mucho mas facil dosificar enzimas

los efluentes a tratar (liacutequidos o soacutelidos) contienen

una mezcla muy compleja de contaminantes no

podemos optimizar ni el enzima ni las condiciones

es difiacutecil que un enzima pueda degradar todos los

contaminantes presentes

en muchos casos los enzimas solo realizan un paso

de la transformacioacuten y se pueden formar TPs toacutexicos

o no biodegradables

el microorganismo es un sistema multienzimaacutetico

2010 20151985 1990 1995 2000 2005

Cronograma de los trabajos publicados en relacioacuten a biodegradacioacuten de contaminantes por hongos en medio liacutequido

Contaminantes emergentes

Pesticidas (DDT amp DDE)

PCBs HAPs Disolventes clorados

AR de produccioacuten Aceite de oliva

AR de la induacutestria del papel

Retardantes de llama (Bromados)

Faacutermacos

Filtros solares UV

Deteccioacuten faacutermacos en medio ambient

Colorantes sinteacuteticos Explosivos

TNT y nitroglicerina

AR de la industria textil

ASPECTOS GENERALES

A que se llama contaminantes emergentes

Productos considerados contaminantes actualmente pero no en el pasado presentes de forma constante en el medio ambiente a bajas concentraciones provocando problemas en el ecosistema y pendientes de ser regulados en un futuro proacuteximo

Entre ellos se incluyen los faacutermacos drogas de abuso productos asociados a la higiene y cuidado corporal retardantes de llama plaguicidashellip Caracteriacutesticas

alto consumo acumulacioacuten en el medio y organismos potencial disruptor endocrino toxicidadhellip

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

EDAR

Mezcla de ldquocontaminantes emergentesrdquo

metabolitos

substancias conjugadas

EXCRECIOacuteNVERTIDO

Retenidos en los lodos

inalterados

transformados

Mineralizados

Transformados

Inalterados

Presencia en aguas subterraneas superficiales y

sedimentos

Presencia en suelos

efluente

influente

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

bull 2005 la mayoriacutea de estudios realizados se centran en ndash Puesta a punto de meacutetodos analiacuteticos

ndash Deteccioacuten en aguas superficiales y subterraacuteneas

ndash Deteccioacuten en sistemas de tratamiento convencionales (EDARs)

ndash Deteccioacuten en efluentes de hospitales

bull Algunos estudios de degradacioacuten por bacterias en efluentes

bull Escasos (ninguno) estudios de degradacioacuten en lodos

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

HONGOS

Cual es el principal problema que presenta estudiar su degradacioacuten

Las bajas concentraciones en que se encuentran y el

hecho de estar en matrices muy complejas dificulta

su deteccioacuten y cuantificacioacuten

Aplicacioacuten en matrices liquidas y soacutelidas

Matrices liacutequidas

Aguas residuales de hospital

Aguas residuales de la Vila Universitaria

Concentrado de un proceso de membranas

Aguas de un hospital veterinario

Matrices solidas

Lodos de depuradoras urbanas

Lodos de reactor MBR

37 Verlicchi et al J hydrology 2010 also WST 2010

erythromycin (antibiotic)

Iopromide (ICM)

ifosfamide (cytostatic)

Ibuprofen (analgesic)

Glucose

Therapeutic classes contrast media (ICM) heavy metals in a hospital effluentndash Comparison with an urban effluent

Hospital effluent Mean value

Urban effluent Mean value

Degradacioacuten de faacutermacos modelo e identificacioacuten de productos de transformacioacuten en condiciones esteacuteriles

Nos permite demostrar que el hongo es

el responsable de la degradacioacuten

Tratamiento de efluentes reales en condiciones no esteacuteriles Cuantificacioacuten de la eliminacioacuten de faacutermacos y ecotoxicidad

Tratamiento de efluentes por hongos Degradacioacuten de faacutermacos

38

EXPERIMENTOS IN VIVO PARA CUANTIFICAR DEGRADACIOacuteN

EXPERIMENTOS PARA DETERMINAR EL PAPEL DE LOS ENZIMAS

- In vitro Lacasa comercial

- In vivo Inhibidores del citocrom P450 (1-aminobenzotriazole)

ESTUDIO DE LA TOXICIDAD (Microtox regTest )

- Bacteria bioluminescente V ficheri

- EC50 a los 15 min Concentracioacuten que disminuye la luz emitida por la bacteria al 50

- Cuanto mas alta sea la EC50 menor es la toxicidad

ANAgraveLISIS DE FAgraveRMACOS EXTRACCIOacuteN EN FASE SOacuteLIDA i HPLC

IDENTIFICACIOacuteN DE SUBPRODUCTOS Servei RMN-UAB

(Medio + contaminante) (Medio + contaminante+ hongo inactivado)

Adsorcioacuten Degradacioacuten miacutenima

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS INDIVIDUALES

EC50

50

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Control abioacutetico Control inactivado Experimental (Medio + contaminante+hongo activo)

Idaea-CSIC ICRA

Ketoprofeno

Eliminacioacute del 100

Metabolits hidroxilats

Perfil de concentracioacute de subproductes del ketoprofen

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS MODELO

IOPROMIDE degradation in Erlenmeyer flasks by

T versicolor pellets Time course degradation of Iopromide

added at approximately 12 mg L-1 Symbols non-inoculated controls ()

experimental cultures () heat-killed

controls () glucose () and laccase

activity (loz)

62 degradation is

observed after 7days of

exposure and remains

constant until the end of

the experiment

Toxicity by Microtox bioassay

Time EC50 ()

Non-biotic control 2

15min 2

8h 1

1d 43

4d 66

7d 87

12d 110

High toxicity at initial time

(EC50 2) Toxicity decreases

over time

Gros et al 2014 Water Research

Degradacioacuten de farmacos en aguas residuales

en bioreactor

CONDITIONS

Sterile effluent

No sterile

Batch

Continuous

Nutrients addition

Non-nutrients addition

Fluidized bed bioreactors 15

and 10 L

Air pulses

T versicolor in form of pellets

pH (45) and temperature (25ordmC)

control

MONITORING

Pharmaceuticals degradation

Acute toxicity (Microtox)

Laccase glucose etc

101

1-ep

oxyC

BZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Cipro

floxa

cin

50

100

150

200

250

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

Cef

alex

in

Ibup

rofe

n

Aceta

minop

hen

Azitro

micin

1

2

3

4

Ketop

rofe

n

Propr

anolol

Cita

lopr

am

Car

bamaz

epine

Acridon

e

Con

cen

tracioacute

(micro

g L

-1)

000

003

006

009

012

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS (Vila Universitaria de la UAB)

Tratamiento no esteril en batch

Eliminacioacuten completa del 70 de los faacutermacos detectados

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Comparacioacuten de la eliminacioacuten de los faacutermacos por el

hongo versus lodos activados (bibliografia)

Grup Fagravermac Concentracioacute

(microg L-1)

Eliminacioacute estegraveril

()

Eliminacioacute no estegraveril

()

Eliminacioacute per llots activats

() Analgegravesics Acetaminofen 387 100 100 82-99

Ibuprofen 1261 100 100 82-99 Ketoprofen lt048 35 100 lt50 Codeina 002 100 - lt82 Antibiogravetics Azitromicin 431 - 100 lt40

Ciprofloxacin 8471 - 35 50-96 (adsorcioacute) Cefalexin 059 - -51 96 β-blockers Propanolol 006 - 100 59-70 Psiquiatrics Carbamazepina 07 -37 Augmenta lt20 Augmenta

1011- epoxy CBZ 755 100 79 - 2-Hydroxy CBZ 1638 46 100 -

Acridone 101 100 Augmenta - Citalopram 01 100 100 -

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Porcentajes de eliminacioacuten superiores en el tratamiento por hongos

Problema cuantificacioacuten inicial de carbamazepina conjugacioacuten

Ace

tam

inop

hen

Ibup

rofen

Ket

opro

fen

Nap

roxe

n

Salicylic a

cid

Cod

eine

Phe

nazo

ne

Dex

amet

haso

ne

Diclofena

c

Piro

xica

m

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

500

1000

1500

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

50

Tratamiento no esteacuteril Analgeacutesicos

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

46

Cipro

floxa

cin

Oflo

xacin

Clarit

hrom

ycin

Sulfam

etho

xazo

le

Azith

rom

ycin

Met

ronida

zole

Met

ronida

zole-O

H

Trim

etho

prim

Dim

etrid

azole

Ron

idaz

ole

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

35

40

100

150

200

250

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Antibioacuteticos

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

101

1-ep

oxy

CBZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Car

bam

azep

ine

Acr

idon

e

Lora

zepa

m

Cita

lopr

am

Ven

lafaxine

Pra

vast

atin

Olanz

apine

Ser

tralin

e

Fluox

etine

Par

oxet

ine

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

000

025

050

075

100

400800

120016002000

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Faacutermacos de uso psiquiaacutetrico

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Ben

zotri

azole

OP2E

O

Eth

ylpa

rabe

n

Pro

pylpar

aben

BPA

OP

Con

cen

tration

(micro

g L

-1)

0

2

4

6

8

10

20

30

40

50

60

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Compuestos disruptores endocrinos

70 eliminacioacute

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Famiacutelia faacutermacos Tratamiento esteacuteril Tratamiento no esteacuteril

Carga inicial (microg)

Eliminacioacuten ()

Carga inicial (microg)

Eliminacioacute ()

Analgegravesics 1475 180 993 1511 179 988 Antibiogravetics 569 69 861 239 28 908 Cafeiumlna 757 92 79 1490 177 384 EDC 124 15 813 704 84 744 Iopromida 1046 128 755 4197 498 340 Altres fagravermacs 557 68 862 177 21 863 Psiquiagravetrics 3658 447 937 108 13 954 Cantidad total 8185 100 832 8427 100 533

Tratamiento adecuado para degradar faacutermacos en efluents de hospital

Siguiente objetivo Tratamiento en continuo de efluentes

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Fungal inoculated (I)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Non-inoculated (NI)

Non-sterile continuous

treatments of real effluents

VHW treatment

(

) Glucose concentration

(

) COD

(

) Laccase activity

(darr) Fungal biomass partial renovation

(mdash) Glucose addition rate

2 HRT studied

Decrease in laccase activity even with partial biomass renovation

Fungal inoculated (I)

Casas et al 2013 Env Technol 34 113

Glucose 026 g g DCW d

Ammonium 12 mg g DCW d

No glucose accumulation

Need for nutrients

Previous studies in synthetic

media and sterile conditions

CRT

Blaacutenquez et al 2006 Water Res 40 1650

CRT 21 days

13 biomass renovation every 7 days

CRT of 15 days

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Que es lo que sucede

Se muere el hongo aunque estamos renovando la

biomasa no hay suficiente hongo

No hay degradacioacuten

52

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

VHW treatment (2)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

NH4+ addition

PhACs removal

Fungal inoculated (I)

Non-inoculated (NI)

(

) Wastewater (Influent)

(

) Reactor effluent

The analyses have

been performed by

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Microbial community assessment (DGGE)

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Time

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Trametes versicolor

Candida spp

Fusarium solani

Unknown

T versicolor survived until the end of the treatment

laccase activity is not a good indicator

ESCENARIOS DE GESTIOacuteN DE EFLUENTES DE HOSPITAL

EDAR

No eliminacioacuten

de faacutermacos

Dilucioacuten en

el efluente

urbano

Aguas

urbanas

Fong

No eliminacioacuten

de DQO

Hongo Aguas

urbanas

EDAR

HOSPITAL

Srsquoha comprovat la capacitat de T versicolor per degradar fagravermacs

Badiacutea-Fabregat et al 2014 Rodriacuteguez-Rodriacuteguez et al 2014 Cruz-Moratoacute et al 2013

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Inconvenients al tractament drsquo

aiguumles drsquohospitals reals

- Necessitat drsquoaddicionar nutrients - Competegravencia amb bacteris

Possibles solucions Estrategravegies

- Pretractament de lrsquoefluent - Altres configuracions de reactors - Canvi en la font de carboni

Posada a punt del sistema TRH Relacioacute QRQL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

1 2 3

4

5

6

7

1 Tanc drsquoalimentacioacute 2 Tanc de mescla 3 Tanc drsquoeluents de

sortida 4 Bomba de recirculacioacute 5 Bioreactor 6 Entrada drsquoaire 7 Controlador de pH

TRH 3d

QL

QR

QL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

Desenvolupament processos

Efluent hospital

real (HWW)

Aiguumles residuals urbanes

(UWW)

Trametes versicolor

T versicolor crescut sobre fusta

Filtre percolador amb T versicolor crescut sobre fusta

Microalgues Degradacioacute a

escala Erlenmeyer Fotobioreactor FBR

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 9: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

A partir de los resultados anteriores seleccionamos

el hongo Trametes versicolor para el tratamiento de efluentes

por su facilidad en formar pellets

la agitacioacuten en cultivos sumergidos no afecta a la produccioacuten

enzimaacutetica

Morfologia-crecimiento mas adecuado

Productor de enzimas extracelulares MnP y Lacasa

Reactor con pellets de T versicolor fluidizados por pulsos de aire

Objetivo demostrar la relacioacuten entre tratamiento

(condiciones esteacuteriles) y produccioacuten enzimaacutetica

Eliminacioacuten de color (80) de lejias

negras de papelera

con Trametes versicolor

1 Efluente inicial 2 Efluente final 3 Efluente + Pellets final

1 2 3

Detoxificacioacuten de lejiacuteas negras por Phanerochaete

chrysosporium inmovilizado y pellets de Trametes

versicolor

Enzyme production (AUh)

0e+0 2e+4 4e+4 6e+4 8e+4 1e+5

Toxic

ity r

ed

uctio

n

0

1

2

3

4

5

6

Enzyme production (AUh)

0e+0 2e+4 4e+4 6e+4 8e+4 1e+5

Toxic

ity r

ed

uctio

n

0

1

2

3

4

5

6

Detoxification = AMnP 6E-05 + 08475

Detoxification = Alaccase 535E-5 + 00278

Aenzyme denotes the amount of enzyme produced (AUh) at the time

when detoxification was calculated

Correlacioacuten entre enzima extracelular y destoxificacioacuten

Ph crysosporium Relacioacuten CN para produccioacuten de MnP T versicolor Relacioacuten CN para produccioacuten de Lacasa

Pero NO correlacioacuten entre eliminacioacuten de color y produccioacuten enzimaacutetica

Enzimas extracelulares

bullEn que tipo de reacciones intervienen Oxidacioacuten hidroxilacioacuten etc bullComo atacan a las moleacuteculas Polimerizacioacuten despolimerizacioacuten rotura de enlaces rotura de anillos aromaacuteticos etchellip

Objetivo Estudio de la degradacioacuten de moleacuteculas y enzimas que intervienen

bullEstudios de degradacioacuten de colorantes textiles bullEstudios de degradacioacuten de disolventes clorados

bullEstudios de degradacioacuten de HAP

bullEstudios de degradacioacuten de contaminantes emergentes

Las aguas procedentes de la industria textil se caracterizan

Hoy en diacutea auacuten no se ha desarrollado un tratamiento bioloacutegico universal de depuracioacuten de aguas residuales textiles

Variedad de colorantes utilizados

Los colorantes son estructuras complejas poco biodegradables y muy estables

El estudio de nuevos tratamientos bioloacutegicos para estos efluentes es una opcioacuten interesante

En las EDAR los colorantes se adsorben sobre la biomasa causando problemas

LA INDUSTRIA TEXTIL y SU PROBLEMAacuteTICA AMBIENTAL

HONGOS

En los experimentos realizados se han conseguido rendimientos

de eliminacioacuten del color de hasta el 90

iquestCual es el mecanismo de eliminacioacuten del

colorante

bull bioadsorcioacuten

bull biotransformacioacuten

t inicial t final

Pelets de T versicolor + colorante Gris Lanaset G Tratamiento en discontinuo

Se ha determinado la capacidad del hongo ligninoliacutetico para degradar el colorante Gris Lanaset G (Mezcla de colorantes metaacutelicos de estructura y composicioacuten no disponible)

Biomass

Cr-dye +

Cr free

Cr-dye +

Cr free

Metal

desorption

FINAL

Cr-dye

Cr-dye +

Cr free

STEP2

Dye in biomass

Cr-dye

INITIAL

t= 0 h

Dye adsorbed

Cr-dye

Cr-dye

degradation

STEP 1

t= 1 ht= 45 d

S

O

L

I

D

P

H

A

S

E

L

I

Q

U

I

D

P

H

A

S

E

Dye

Dye

Dye

adsorption

Dye

Biomass

Cr-dye +

Cr free

Cr-dye +

Cr free

Metal

desorption

FINAL

Cr-dye

Cr-dye +

Cr free

STEP2

Dye in biomass

Cr-dye

INITIAL

t= 0 h

Dye adsorbed

Cr-dye

Cr-dye

degradation

STEP 1

t= 1 ht= 45 d

S

O

L

I

D

P

H

A

S

E

L

I

Q

U

I

D

P

H

A

S

E

Dye

Dye

Dye

adsorption

Dye

MECANISMO DE DEGRADACIOacuteN DEL COLOR

Mecanismo de degradacioacuten de colorantes por

los hongos ligninoliacuteticos

1ra etapa adsorcioacuten en la biomasa del hongo

2ordf etapa degradacioacuten intracelular

En este caso gracias al metal podemos demostrar que la

degradacioacuten tiene lugar en el interior del hongo o al menos parte

de ella

Cual es el papel del enzima extracelular

es la enzima extracelular que estamos midiendo (lacasa) la

responsable de la degradacioacuten

TRATAMIENTO COLORANTE GRIS LANASET G

DEGRADACIOacuteN DEL COLORANTE GRIS LANASET G CON TRAMETES VERSICOLOR

Medida de la enzima lacasa intracelular y extracelular

98 de eliminacioacuten de color a las 75 h

(57 debido a la adsorcioacuten Killed control)

Medio inicial (A) y final (B) del tratamiento

Peacutelets antes (B) y despueacutes del tratamiento (C) y peacutelets tentildeidos con colorante a t=1h (A)

Tiempo (h)

0 50 100 150 200 250 300

Lacasa e

xtr

acelu

lar

tota

l (U

A)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

Lacasa intr

acelu

lar

tota

l (U

A)

0

40

80

120

160

200

240

280

Conc

colo

rante

(gl)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Conc

glu

cosa (

gl)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Activitat extracelular

Activitat intracelular

Colorante

Glucosa

Glu

cosa

(g

l)

Co

lora

nte

(m

gl)

DEGRADACIOacuteN DE COLORANTES TEXTILES

Antes de las 24h deteccioacuten de lacasa intracelular

Si la enzima lacasa es la responsable de la degradacion

Porque utilizar microorganismos y no enzimas

Es mas facil trabajar con enzimas que con

microorganismos

Se puede utilizar la dosis de enzima necesaria

Perohellip

Un unico enzima puede degradar todos los colorantes en un efluente

Los enzimas hasta donde llegan Degradantransformanmineralizan

Un unico enzima puede hacer lo mismo que un microorganismo que es

multienzimaacutetico

APLICACIOacuteN DEL PROCESO DE DECOLORACIOacuteN A DIFERENTES COLORANTES

RESULTADOS DE DEGRADACIOacuteN DE LOS COLORANTES AacuteCIDOS

Colorante Lanasyn Grey

(Azo complejo metaacutelico)

Alizarin Red S

(Antraquinoacutenico)

Acid Fuchsin

(Triarilmetano)

Decoloracioacuten 796 938 9998

Reduccioacuten Toxicidad 12 12 19

O

N

NH

C OEt

O

N

S

O

MeO

O

C

O

OEt

NH R

H+

Cr3+

N

N

R

OO

S O

O

Me

O

O

OH

SO3Na

NH2

SO3

C

H3C

H2N

NaO3S

NH2

SO3Na

DEGRADACIOacuteN DE COLORANTES TEXTILES

ESTUDI DEL PROCEacuteS DEGRADACIOacute DE COLORANTS TEgraveXTILS AMB EL FONG Trametes versicolor

COLORANT Trametes versicolor ENZIM 1210 UL

Nom comuacute Classificacioacute quiacutemica Decoloracioacute

24 i 100 h

Decoloracioacute

24h

Acid Fuchsin Trifenilmetagrave 98-99 28

Acid Green 16 Trifenilmetagrave 90-99 60 gt

24h

Alizarin Red S Antraquinogravenic 92-94 84

Amino Black 10 Diazo 96-99 93

Azocarmine B Quinoneimine 90-99 84

Basic Fuchsin Trifenilmetagrave 12-40 18

Brilliant Green 1 Trifenilmetagrave 55-93 90

Brilliant Green 20 Trifenilmetagrave 76-78 90

Burdeos Lanset B (mescla) 83-88 67

Gris Lanaset G (mescla) 92-98 35

Pardo Lanaset B (mescla) 64-81 60

Lanasyn Grey G Metagravelmiddotlic azoic 72-87 49

Methylene Blue Tiazina 14-28 37

Naphtol Yellow S Nitro 8-50-92 (240h) 0

Orange G Azo 97-99 87

Desactivacioacute enzimagravetica

DEGRADACIOacute DE COLORANTS comparacioacute fong vs enzim lacasa

Biodegradacioacute drsquoaltres famiacutelies de colorants

2D Graph 3

Tems (h)

0 20 40 60 80 100 120

Co

nc

en

tra

cioacute

co

lor

(mg

L)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Ac

tivit

at

(UL

)

0

20

40

60

80

100

120

140

Temps GLG (h) vs GLG (mgl)

Temps OG (h) vs OG (mgl)

Temps AF (h) vs AF (mgl)

Temps GLG-2 (h) vs GLG-2 (mgl)

Temps GLG (h) vs Activitat GLG (UA)

Temps OG (h) vs Activitat OG (UA)

Temps ARS (h) vs Activitat ARS (UA)

Temps GLG-2 (h) vs Activitat GLG-2 (UA) Temps ARS (h) vs ASR (mgl)

Temps AF (h) vs Activitat AF (UA)

DISCONTINUS REPETITS 24 hores

Gris Lanaset G co = 1556 mgL 946 decol

Orange G co = 1509 mgL 974 decol

Alizarin Red S co = 1425 mgL 874 decol

Acid Fuchsin co = 1370 mgL 982 decol

Gris Lanaset G co = 732 mgL 776 decol

Productes de degradacioacute del metabolisme del

fong per diferents famiacutelies de colorants

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 ppmLongitud dona (nm)

350 400 450 500 550 600 650

Absorb

agravencia

00

02

04

06

08

10

Temps 0 min

Temps 8 min

Temps 30 min

Temps 60 min

Temps 2h

Temps 4h

Temps 24h

0 min

4 h

24 h

60 min

2 h

30 min

8 min

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

Brilliant Green 1

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

NH(CH2CH3)2 + +

EL FONG EacuteS CAPACcedil DE DEGRADAR AgraveCID BENZOIC en 24 hores

H-RMN en liacutenea

Orange G

NH2CH2N

NH2

No subproductes

Acid Fuchsin

WRF

Citocromo P450

2 Lacasas

Lignina peroxidasa

Peroxidasa versaacutetil

MnP

1 Pero

xidasas

Enzimas modificadoras de lignina

Trametes versicolor

Enzimas extracelulares Enzimas intracelulares

Hidroxilacioacuten

Epoxidacioacuten

Reduccioacuten Desalquilacioacuten

Oxigenacioacuten

Ruptura C-C

Desmetilacioacuten

Hidroxilacioacuten Dipolimerizacioacuten fenoles

Oxidacioacuten alcoholes

El mecanismo de degradacioacuten de algunos contaminantes no esta ligado a la produccioacuten de los enzimas extracelulares sino al sistema intracelular Cytocromo P450 monooxigenasa

Identificacioacuten gen cyt P450 en P chrysosporium 1997 y en T versicolor 2002

Objetivo desarrollo de proceso

Reactor fludizado por pulsos de aire

Fong en forma de pegravelmiddotlets Biomassa fluiumlditzada per polsos drsquoaire Tordf ograveptima fong 25ordmC pH ograveptim fong 45 Nutrients (CN) y micronutrients Avaluacioacute activitat fuacutengica enzim lacasa Condicions esterils

Temps (d)

0 5 10 15 20

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Laca

sa (

UA

l)

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

Reducc

ioacute d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Glucosa

Lacasa

Reduccioacute de color

TRH (h)

0 20 40 60 80 100 120

mg G

LG e

limin

ats

lmiddoth

0

5

10

15

20

25

30

Experimental

Normativa

Efecte del TRH

TRH 48 h

Temps (d)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Laca

sa (

UA

l)

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

Reducc

ioacute d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Glucosa

Lacasa

Reduccioacute de color

0

20

40

60

80

100

0 7 14 21 28 35 42 49 56 63P

erc

en

tatg

e d

e b

iom

as

sa

()

Temps (d)

gt42 dies

35 dies

28 dies

21 dies

14 dies

7 dies

0 dies

Estrategravegia purga i renovacioacute 13 de la

biomassa cada 7 dies

TRC 21 dies

decoloracions gt 90

distribucioacute drsquoedats constant

82 biomassa amb lt28 dies

Pegraverdua morfologiacutea dels pegravelmiddotlets lisis celmiddotlular

Tiempo (d)0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Laca

sa (

UA

l)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

Reducc

ioacuten d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

10068 525 59 72 4848

- Renovar la biomassa - Ni macro ni micronutrients - Glucosa qualitat industrial - Colorant no estegraveril

Formulacioacute del medi de cultiu

Seleccioacute del bioreactor

Escalat

Escalat de la produccioacute de biomassa

Produccioacute de pegravelmiddotlets clagravessica

Coll drsquoampolla

Cost medi (extracte de malta)

Limitacioacute en la produccioacute a escala Erlenmeyer

Objectius

Morfologia en forma de pelmiddotlets

Mida plusmn 3mm

Pasos experimentals

40 x

Biomassa gt 3 g DCWmiddotl-1

Morfologia adequada

280

598 0

50

100

150

200

250

300

Malt extract Defined medium

Co

st (

euromiddotK

g-1) Reduccioacute de cost 98

Escalat de la produccioacute de biomassa

La enzima lacasa es uno de los principales

catalizadores de la biodegradacioacuten pero no el uacutenico

responsable

El hongo degrada casi todos los colorantes

(algunos si estan en concentraciones subtoacutexicas)

La monitorizacioacuten de la produccioacuten enzimaacutetica y

consumo de glucosa son buenos indicadores de la

actividad metaboacutelica del hongo hay que

suministrar nutrientes para mantener la actividad

enzimaacutetica

El hongo puede degradar metabolitos resultantes

de la degradacioacuten que el enzima lacasa no puede

degradar

Algunas conclusiones

Porque utilizar microorganismos y no enzimas

si es mucho mas facil dosificar enzimas

los efluentes a tratar (liacutequidos o soacutelidos) contienen

una mezcla muy compleja de contaminantes no

podemos optimizar ni el enzima ni las condiciones

es difiacutecil que un enzima pueda degradar todos los

contaminantes presentes

en muchos casos los enzimas solo realizan un paso

de la transformacioacuten y se pueden formar TPs toacutexicos

o no biodegradables

el microorganismo es un sistema multienzimaacutetico

2010 20151985 1990 1995 2000 2005

Cronograma de los trabajos publicados en relacioacuten a biodegradacioacuten de contaminantes por hongos en medio liacutequido

Contaminantes emergentes

Pesticidas (DDT amp DDE)

PCBs HAPs Disolventes clorados

AR de produccioacuten Aceite de oliva

AR de la induacutestria del papel

Retardantes de llama (Bromados)

Faacutermacos

Filtros solares UV

Deteccioacuten faacutermacos en medio ambient

Colorantes sinteacuteticos Explosivos

TNT y nitroglicerina

AR de la industria textil

ASPECTOS GENERALES

A que se llama contaminantes emergentes

Productos considerados contaminantes actualmente pero no en el pasado presentes de forma constante en el medio ambiente a bajas concentraciones provocando problemas en el ecosistema y pendientes de ser regulados en un futuro proacuteximo

Entre ellos se incluyen los faacutermacos drogas de abuso productos asociados a la higiene y cuidado corporal retardantes de llama plaguicidashellip Caracteriacutesticas

alto consumo acumulacioacuten en el medio y organismos potencial disruptor endocrino toxicidadhellip

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

EDAR

Mezcla de ldquocontaminantes emergentesrdquo

metabolitos

substancias conjugadas

EXCRECIOacuteNVERTIDO

Retenidos en los lodos

inalterados

transformados

Mineralizados

Transformados

Inalterados

Presencia en aguas subterraneas superficiales y

sedimentos

Presencia en suelos

efluente

influente

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

bull 2005 la mayoriacutea de estudios realizados se centran en ndash Puesta a punto de meacutetodos analiacuteticos

ndash Deteccioacuten en aguas superficiales y subterraacuteneas

ndash Deteccioacuten en sistemas de tratamiento convencionales (EDARs)

ndash Deteccioacuten en efluentes de hospitales

bull Algunos estudios de degradacioacuten por bacterias en efluentes

bull Escasos (ninguno) estudios de degradacioacuten en lodos

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

HONGOS

Cual es el principal problema que presenta estudiar su degradacioacuten

Las bajas concentraciones en que se encuentran y el

hecho de estar en matrices muy complejas dificulta

su deteccioacuten y cuantificacioacuten

Aplicacioacuten en matrices liquidas y soacutelidas

Matrices liacutequidas

Aguas residuales de hospital

Aguas residuales de la Vila Universitaria

Concentrado de un proceso de membranas

Aguas de un hospital veterinario

Matrices solidas

Lodos de depuradoras urbanas

Lodos de reactor MBR

37 Verlicchi et al J hydrology 2010 also WST 2010

erythromycin (antibiotic)

Iopromide (ICM)

ifosfamide (cytostatic)

Ibuprofen (analgesic)

Glucose

Therapeutic classes contrast media (ICM) heavy metals in a hospital effluentndash Comparison with an urban effluent

Hospital effluent Mean value

Urban effluent Mean value

Degradacioacuten de faacutermacos modelo e identificacioacuten de productos de transformacioacuten en condiciones esteacuteriles

Nos permite demostrar que el hongo es

el responsable de la degradacioacuten

Tratamiento de efluentes reales en condiciones no esteacuteriles Cuantificacioacuten de la eliminacioacuten de faacutermacos y ecotoxicidad

Tratamiento de efluentes por hongos Degradacioacuten de faacutermacos

38

EXPERIMENTOS IN VIVO PARA CUANTIFICAR DEGRADACIOacuteN

EXPERIMENTOS PARA DETERMINAR EL PAPEL DE LOS ENZIMAS

- In vitro Lacasa comercial

- In vivo Inhibidores del citocrom P450 (1-aminobenzotriazole)

ESTUDIO DE LA TOXICIDAD (Microtox regTest )

- Bacteria bioluminescente V ficheri

- EC50 a los 15 min Concentracioacuten que disminuye la luz emitida por la bacteria al 50

- Cuanto mas alta sea la EC50 menor es la toxicidad

ANAgraveLISIS DE FAgraveRMACOS EXTRACCIOacuteN EN FASE SOacuteLIDA i HPLC

IDENTIFICACIOacuteN DE SUBPRODUCTOS Servei RMN-UAB

(Medio + contaminante) (Medio + contaminante+ hongo inactivado)

Adsorcioacuten Degradacioacuten miacutenima

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS INDIVIDUALES

EC50

50

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Control abioacutetico Control inactivado Experimental (Medio + contaminante+hongo activo)

Idaea-CSIC ICRA

Ketoprofeno

Eliminacioacute del 100

Metabolits hidroxilats

Perfil de concentracioacute de subproductes del ketoprofen

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS MODELO

IOPROMIDE degradation in Erlenmeyer flasks by

T versicolor pellets Time course degradation of Iopromide

added at approximately 12 mg L-1 Symbols non-inoculated controls ()

experimental cultures () heat-killed

controls () glucose () and laccase

activity (loz)

62 degradation is

observed after 7days of

exposure and remains

constant until the end of

the experiment

Toxicity by Microtox bioassay

Time EC50 ()

Non-biotic control 2

15min 2

8h 1

1d 43

4d 66

7d 87

12d 110

High toxicity at initial time

(EC50 2) Toxicity decreases

over time

Gros et al 2014 Water Research

Degradacioacuten de farmacos en aguas residuales

en bioreactor

CONDITIONS

Sterile effluent

No sterile

Batch

Continuous

Nutrients addition

Non-nutrients addition

Fluidized bed bioreactors 15

and 10 L

Air pulses

T versicolor in form of pellets

pH (45) and temperature (25ordmC)

control

MONITORING

Pharmaceuticals degradation

Acute toxicity (Microtox)

Laccase glucose etc

101

1-ep

oxyC

BZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Cipro

floxa

cin

50

100

150

200

250

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

Cef

alex

in

Ibup

rofe

n

Aceta

minop

hen

Azitro

micin

1

2

3

4

Ketop

rofe

n

Propr

anolol

Cita

lopr

am

Car

bamaz

epine

Acridon

e

Con

cen

tracioacute

(micro

g L

-1)

000

003

006

009

012

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS (Vila Universitaria de la UAB)

Tratamiento no esteril en batch

Eliminacioacuten completa del 70 de los faacutermacos detectados

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Comparacioacuten de la eliminacioacuten de los faacutermacos por el

hongo versus lodos activados (bibliografia)

Grup Fagravermac Concentracioacute

(microg L-1)

Eliminacioacute estegraveril

()

Eliminacioacute no estegraveril

()

Eliminacioacute per llots activats

() Analgegravesics Acetaminofen 387 100 100 82-99

Ibuprofen 1261 100 100 82-99 Ketoprofen lt048 35 100 lt50 Codeina 002 100 - lt82 Antibiogravetics Azitromicin 431 - 100 lt40

Ciprofloxacin 8471 - 35 50-96 (adsorcioacute) Cefalexin 059 - -51 96 β-blockers Propanolol 006 - 100 59-70 Psiquiatrics Carbamazepina 07 -37 Augmenta lt20 Augmenta

1011- epoxy CBZ 755 100 79 - 2-Hydroxy CBZ 1638 46 100 -

Acridone 101 100 Augmenta - Citalopram 01 100 100 -

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Porcentajes de eliminacioacuten superiores en el tratamiento por hongos

Problema cuantificacioacuten inicial de carbamazepina conjugacioacuten

Ace

tam

inop

hen

Ibup

rofen

Ket

opro

fen

Nap

roxe

n

Salicylic a

cid

Cod

eine

Phe

nazo

ne

Dex

amet

haso

ne

Diclofena

c

Piro

xica

m

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

500

1000

1500

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

50

Tratamiento no esteacuteril Analgeacutesicos

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

46

Cipro

floxa

cin

Oflo

xacin

Clarit

hrom

ycin

Sulfam

etho

xazo

le

Azith

rom

ycin

Met

ronida

zole

Met

ronida

zole-O

H

Trim

etho

prim

Dim

etrid

azole

Ron

idaz

ole

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

35

40

100

150

200

250

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Antibioacuteticos

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

101

1-ep

oxy

CBZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Car

bam

azep

ine

Acr

idon

e

Lora

zepa

m

Cita

lopr

am

Ven

lafaxine

Pra

vast

atin

Olanz

apine

Ser

tralin

e

Fluox

etine

Par

oxet

ine

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

000

025

050

075

100

400800

120016002000

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Faacutermacos de uso psiquiaacutetrico

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Ben

zotri

azole

OP2E

O

Eth

ylpa

rabe

n

Pro

pylpar

aben

BPA

OP

Con

cen

tration

(micro

g L

-1)

0

2

4

6

8

10

20

30

40

50

60

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Compuestos disruptores endocrinos

70 eliminacioacute

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Famiacutelia faacutermacos Tratamiento esteacuteril Tratamiento no esteacuteril

Carga inicial (microg)

Eliminacioacuten ()

Carga inicial (microg)

Eliminacioacute ()

Analgegravesics 1475 180 993 1511 179 988 Antibiogravetics 569 69 861 239 28 908 Cafeiumlna 757 92 79 1490 177 384 EDC 124 15 813 704 84 744 Iopromida 1046 128 755 4197 498 340 Altres fagravermacs 557 68 862 177 21 863 Psiquiagravetrics 3658 447 937 108 13 954 Cantidad total 8185 100 832 8427 100 533

Tratamiento adecuado para degradar faacutermacos en efluents de hospital

Siguiente objetivo Tratamiento en continuo de efluentes

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Fungal inoculated (I)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Non-inoculated (NI)

Non-sterile continuous

treatments of real effluents

VHW treatment

(

) Glucose concentration

(

) COD

(

) Laccase activity

(darr) Fungal biomass partial renovation

(mdash) Glucose addition rate

2 HRT studied

Decrease in laccase activity even with partial biomass renovation

Fungal inoculated (I)

Casas et al 2013 Env Technol 34 113

Glucose 026 g g DCW d

Ammonium 12 mg g DCW d

No glucose accumulation

Need for nutrients

Previous studies in synthetic

media and sterile conditions

CRT

Blaacutenquez et al 2006 Water Res 40 1650

CRT 21 days

13 biomass renovation every 7 days

CRT of 15 days

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Que es lo que sucede

Se muere el hongo aunque estamos renovando la

biomasa no hay suficiente hongo

No hay degradacioacuten

52

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

VHW treatment (2)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

NH4+ addition

PhACs removal

Fungal inoculated (I)

Non-inoculated (NI)

(

) Wastewater (Influent)

(

) Reactor effluent

The analyses have

been performed by

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Microbial community assessment (DGGE)

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Time

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Trametes versicolor

Candida spp

Fusarium solani

Unknown

T versicolor survived until the end of the treatment

laccase activity is not a good indicator

ESCENARIOS DE GESTIOacuteN DE EFLUENTES DE HOSPITAL

EDAR

No eliminacioacuten

de faacutermacos

Dilucioacuten en

el efluente

urbano

Aguas

urbanas

Fong

No eliminacioacuten

de DQO

Hongo Aguas

urbanas

EDAR

HOSPITAL

Srsquoha comprovat la capacitat de T versicolor per degradar fagravermacs

Badiacutea-Fabregat et al 2014 Rodriacuteguez-Rodriacuteguez et al 2014 Cruz-Moratoacute et al 2013

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Inconvenients al tractament drsquo

aiguumles drsquohospitals reals

- Necessitat drsquoaddicionar nutrients - Competegravencia amb bacteris

Possibles solucions Estrategravegies

- Pretractament de lrsquoefluent - Altres configuracions de reactors - Canvi en la font de carboni

Posada a punt del sistema TRH Relacioacute QRQL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

1 2 3

4

5

6

7

1 Tanc drsquoalimentacioacute 2 Tanc de mescla 3 Tanc drsquoeluents de

sortida 4 Bomba de recirculacioacute 5 Bioreactor 6 Entrada drsquoaire 7 Controlador de pH

TRH 3d

QL

QR

QL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

Desenvolupament processos

Efluent hospital

real (HWW)

Aiguumles residuals urbanes

(UWW)

Trametes versicolor

T versicolor crescut sobre fusta

Filtre percolador amb T versicolor crescut sobre fusta

Microalgues Degradacioacute a

escala Erlenmeyer Fotobioreactor FBR

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 10: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

Objetivo demostrar la relacioacuten entre tratamiento

(condiciones esteacuteriles) y produccioacuten enzimaacutetica

Eliminacioacuten de color (80) de lejias

negras de papelera

con Trametes versicolor

1 Efluente inicial 2 Efluente final 3 Efluente + Pellets final

1 2 3

Detoxificacioacuten de lejiacuteas negras por Phanerochaete

chrysosporium inmovilizado y pellets de Trametes

versicolor

Enzyme production (AUh)

0e+0 2e+4 4e+4 6e+4 8e+4 1e+5

Toxic

ity r

ed

uctio

n

0

1

2

3

4

5

6

Enzyme production (AUh)

0e+0 2e+4 4e+4 6e+4 8e+4 1e+5

Toxic

ity r

ed

uctio

n

0

1

2

3

4

5

6

Detoxification = AMnP 6E-05 + 08475

Detoxification = Alaccase 535E-5 + 00278

Aenzyme denotes the amount of enzyme produced (AUh) at the time

when detoxification was calculated

Correlacioacuten entre enzima extracelular y destoxificacioacuten

Ph crysosporium Relacioacuten CN para produccioacuten de MnP T versicolor Relacioacuten CN para produccioacuten de Lacasa

Pero NO correlacioacuten entre eliminacioacuten de color y produccioacuten enzimaacutetica

Enzimas extracelulares

bullEn que tipo de reacciones intervienen Oxidacioacuten hidroxilacioacuten etc bullComo atacan a las moleacuteculas Polimerizacioacuten despolimerizacioacuten rotura de enlaces rotura de anillos aromaacuteticos etchellip

Objetivo Estudio de la degradacioacuten de moleacuteculas y enzimas que intervienen

bullEstudios de degradacioacuten de colorantes textiles bullEstudios de degradacioacuten de disolventes clorados

bullEstudios de degradacioacuten de HAP

bullEstudios de degradacioacuten de contaminantes emergentes

Las aguas procedentes de la industria textil se caracterizan

Hoy en diacutea auacuten no se ha desarrollado un tratamiento bioloacutegico universal de depuracioacuten de aguas residuales textiles

Variedad de colorantes utilizados

Los colorantes son estructuras complejas poco biodegradables y muy estables

El estudio de nuevos tratamientos bioloacutegicos para estos efluentes es una opcioacuten interesante

En las EDAR los colorantes se adsorben sobre la biomasa causando problemas

LA INDUSTRIA TEXTIL y SU PROBLEMAacuteTICA AMBIENTAL

HONGOS

En los experimentos realizados se han conseguido rendimientos

de eliminacioacuten del color de hasta el 90

iquestCual es el mecanismo de eliminacioacuten del

colorante

bull bioadsorcioacuten

bull biotransformacioacuten

t inicial t final

Pelets de T versicolor + colorante Gris Lanaset G Tratamiento en discontinuo

Se ha determinado la capacidad del hongo ligninoliacutetico para degradar el colorante Gris Lanaset G (Mezcla de colorantes metaacutelicos de estructura y composicioacuten no disponible)

Biomass

Cr-dye +

Cr free

Cr-dye +

Cr free

Metal

desorption

FINAL

Cr-dye

Cr-dye +

Cr free

STEP2

Dye in biomass

Cr-dye

INITIAL

t= 0 h

Dye adsorbed

Cr-dye

Cr-dye

degradation

STEP 1

t= 1 ht= 45 d

S

O

L

I

D

P

H

A

S

E

L

I

Q

U

I

D

P

H

A

S

E

Dye

Dye

Dye

adsorption

Dye

Biomass

Cr-dye +

Cr free

Cr-dye +

Cr free

Metal

desorption

FINAL

Cr-dye

Cr-dye +

Cr free

STEP2

Dye in biomass

Cr-dye

INITIAL

t= 0 h

Dye adsorbed

Cr-dye

Cr-dye

degradation

STEP 1

t= 1 ht= 45 d

S

O

L

I

D

P

H

A

S

E

L

I

Q

U

I

D

P

H

A

S

E

Dye

Dye

Dye

adsorption

Dye

MECANISMO DE DEGRADACIOacuteN DEL COLOR

Mecanismo de degradacioacuten de colorantes por

los hongos ligninoliacuteticos

1ra etapa adsorcioacuten en la biomasa del hongo

2ordf etapa degradacioacuten intracelular

En este caso gracias al metal podemos demostrar que la

degradacioacuten tiene lugar en el interior del hongo o al menos parte

de ella

Cual es el papel del enzima extracelular

es la enzima extracelular que estamos midiendo (lacasa) la

responsable de la degradacioacuten

TRATAMIENTO COLORANTE GRIS LANASET G

DEGRADACIOacuteN DEL COLORANTE GRIS LANASET G CON TRAMETES VERSICOLOR

Medida de la enzima lacasa intracelular y extracelular

98 de eliminacioacuten de color a las 75 h

(57 debido a la adsorcioacuten Killed control)

Medio inicial (A) y final (B) del tratamiento

Peacutelets antes (B) y despueacutes del tratamiento (C) y peacutelets tentildeidos con colorante a t=1h (A)

Tiempo (h)

0 50 100 150 200 250 300

Lacasa e

xtr

acelu

lar

tota

l (U

A)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

Lacasa intr

acelu

lar

tota

l (U

A)

0

40

80

120

160

200

240

280

Conc

colo

rante

(gl)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Conc

glu

cosa (

gl)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Activitat extracelular

Activitat intracelular

Colorante

Glucosa

Glu

cosa

(g

l)

Co

lora

nte

(m

gl)

DEGRADACIOacuteN DE COLORANTES TEXTILES

Antes de las 24h deteccioacuten de lacasa intracelular

Si la enzima lacasa es la responsable de la degradacion

Porque utilizar microorganismos y no enzimas

Es mas facil trabajar con enzimas que con

microorganismos

Se puede utilizar la dosis de enzima necesaria

Perohellip

Un unico enzima puede degradar todos los colorantes en un efluente

Los enzimas hasta donde llegan Degradantransformanmineralizan

Un unico enzima puede hacer lo mismo que un microorganismo que es

multienzimaacutetico

APLICACIOacuteN DEL PROCESO DE DECOLORACIOacuteN A DIFERENTES COLORANTES

RESULTADOS DE DEGRADACIOacuteN DE LOS COLORANTES AacuteCIDOS

Colorante Lanasyn Grey

(Azo complejo metaacutelico)

Alizarin Red S

(Antraquinoacutenico)

Acid Fuchsin

(Triarilmetano)

Decoloracioacuten 796 938 9998

Reduccioacuten Toxicidad 12 12 19

O

N

NH

C OEt

O

N

S

O

MeO

O

C

O

OEt

NH R

H+

Cr3+

N

N

R

OO

S O

O

Me

O

O

OH

SO3Na

NH2

SO3

C

H3C

H2N

NaO3S

NH2

SO3Na

DEGRADACIOacuteN DE COLORANTES TEXTILES

ESTUDI DEL PROCEacuteS DEGRADACIOacute DE COLORANTS TEgraveXTILS AMB EL FONG Trametes versicolor

COLORANT Trametes versicolor ENZIM 1210 UL

Nom comuacute Classificacioacute quiacutemica Decoloracioacute

24 i 100 h

Decoloracioacute

24h

Acid Fuchsin Trifenilmetagrave 98-99 28

Acid Green 16 Trifenilmetagrave 90-99 60 gt

24h

Alizarin Red S Antraquinogravenic 92-94 84

Amino Black 10 Diazo 96-99 93

Azocarmine B Quinoneimine 90-99 84

Basic Fuchsin Trifenilmetagrave 12-40 18

Brilliant Green 1 Trifenilmetagrave 55-93 90

Brilliant Green 20 Trifenilmetagrave 76-78 90

Burdeos Lanset B (mescla) 83-88 67

Gris Lanaset G (mescla) 92-98 35

Pardo Lanaset B (mescla) 64-81 60

Lanasyn Grey G Metagravelmiddotlic azoic 72-87 49

Methylene Blue Tiazina 14-28 37

Naphtol Yellow S Nitro 8-50-92 (240h) 0

Orange G Azo 97-99 87

Desactivacioacute enzimagravetica

DEGRADACIOacute DE COLORANTS comparacioacute fong vs enzim lacasa

Biodegradacioacute drsquoaltres famiacutelies de colorants

2D Graph 3

Tems (h)

0 20 40 60 80 100 120

Co

nc

en

tra

cioacute

co

lor

(mg

L)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Ac

tivit

at

(UL

)

0

20

40

60

80

100

120

140

Temps GLG (h) vs GLG (mgl)

Temps OG (h) vs OG (mgl)

Temps AF (h) vs AF (mgl)

Temps GLG-2 (h) vs GLG-2 (mgl)

Temps GLG (h) vs Activitat GLG (UA)

Temps OG (h) vs Activitat OG (UA)

Temps ARS (h) vs Activitat ARS (UA)

Temps GLG-2 (h) vs Activitat GLG-2 (UA) Temps ARS (h) vs ASR (mgl)

Temps AF (h) vs Activitat AF (UA)

DISCONTINUS REPETITS 24 hores

Gris Lanaset G co = 1556 mgL 946 decol

Orange G co = 1509 mgL 974 decol

Alizarin Red S co = 1425 mgL 874 decol

Acid Fuchsin co = 1370 mgL 982 decol

Gris Lanaset G co = 732 mgL 776 decol

Productes de degradacioacute del metabolisme del

fong per diferents famiacutelies de colorants

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 ppmLongitud dona (nm)

350 400 450 500 550 600 650

Absorb

agravencia

00

02

04

06

08

10

Temps 0 min

Temps 8 min

Temps 30 min

Temps 60 min

Temps 2h

Temps 4h

Temps 24h

0 min

4 h

24 h

60 min

2 h

30 min

8 min

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

Brilliant Green 1

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

NH(CH2CH3)2 + +

EL FONG EacuteS CAPACcedil DE DEGRADAR AgraveCID BENZOIC en 24 hores

H-RMN en liacutenea

Orange G

NH2CH2N

NH2

No subproductes

Acid Fuchsin

WRF

Citocromo P450

2 Lacasas

Lignina peroxidasa

Peroxidasa versaacutetil

MnP

1 Pero

xidasas

Enzimas modificadoras de lignina

Trametes versicolor

Enzimas extracelulares Enzimas intracelulares

Hidroxilacioacuten

Epoxidacioacuten

Reduccioacuten Desalquilacioacuten

Oxigenacioacuten

Ruptura C-C

Desmetilacioacuten

Hidroxilacioacuten Dipolimerizacioacuten fenoles

Oxidacioacuten alcoholes

El mecanismo de degradacioacuten de algunos contaminantes no esta ligado a la produccioacuten de los enzimas extracelulares sino al sistema intracelular Cytocromo P450 monooxigenasa

Identificacioacuten gen cyt P450 en P chrysosporium 1997 y en T versicolor 2002

Objetivo desarrollo de proceso

Reactor fludizado por pulsos de aire

Fong en forma de pegravelmiddotlets Biomassa fluiumlditzada per polsos drsquoaire Tordf ograveptima fong 25ordmC pH ograveptim fong 45 Nutrients (CN) y micronutrients Avaluacioacute activitat fuacutengica enzim lacasa Condicions esterils

Temps (d)

0 5 10 15 20

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Laca

sa (

UA

l)

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

Reducc

ioacute d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Glucosa

Lacasa

Reduccioacute de color

TRH (h)

0 20 40 60 80 100 120

mg G

LG e

limin

ats

lmiddoth

0

5

10

15

20

25

30

Experimental

Normativa

Efecte del TRH

TRH 48 h

Temps (d)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Laca

sa (

UA

l)

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

Reducc

ioacute d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Glucosa

Lacasa

Reduccioacute de color

0

20

40

60

80

100

0 7 14 21 28 35 42 49 56 63P

erc

en

tatg

e d

e b

iom

as

sa

()

Temps (d)

gt42 dies

35 dies

28 dies

21 dies

14 dies

7 dies

0 dies

Estrategravegia purga i renovacioacute 13 de la

biomassa cada 7 dies

TRC 21 dies

decoloracions gt 90

distribucioacute drsquoedats constant

82 biomassa amb lt28 dies

Pegraverdua morfologiacutea dels pegravelmiddotlets lisis celmiddotlular

Tiempo (d)0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Laca

sa (

UA

l)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

Reducc

ioacuten d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

10068 525 59 72 4848

- Renovar la biomassa - Ni macro ni micronutrients - Glucosa qualitat industrial - Colorant no estegraveril

Formulacioacute del medi de cultiu

Seleccioacute del bioreactor

Escalat

Escalat de la produccioacute de biomassa

Produccioacute de pegravelmiddotlets clagravessica

Coll drsquoampolla

Cost medi (extracte de malta)

Limitacioacute en la produccioacute a escala Erlenmeyer

Objectius

Morfologia en forma de pelmiddotlets

Mida plusmn 3mm

Pasos experimentals

40 x

Biomassa gt 3 g DCWmiddotl-1

Morfologia adequada

280

598 0

50

100

150

200

250

300

Malt extract Defined medium

Co

st (

euromiddotK

g-1) Reduccioacute de cost 98

Escalat de la produccioacute de biomassa

La enzima lacasa es uno de los principales

catalizadores de la biodegradacioacuten pero no el uacutenico

responsable

El hongo degrada casi todos los colorantes

(algunos si estan en concentraciones subtoacutexicas)

La monitorizacioacuten de la produccioacuten enzimaacutetica y

consumo de glucosa son buenos indicadores de la

actividad metaboacutelica del hongo hay que

suministrar nutrientes para mantener la actividad

enzimaacutetica

El hongo puede degradar metabolitos resultantes

de la degradacioacuten que el enzima lacasa no puede

degradar

Algunas conclusiones

Porque utilizar microorganismos y no enzimas

si es mucho mas facil dosificar enzimas

los efluentes a tratar (liacutequidos o soacutelidos) contienen

una mezcla muy compleja de contaminantes no

podemos optimizar ni el enzima ni las condiciones

es difiacutecil que un enzima pueda degradar todos los

contaminantes presentes

en muchos casos los enzimas solo realizan un paso

de la transformacioacuten y se pueden formar TPs toacutexicos

o no biodegradables

el microorganismo es un sistema multienzimaacutetico

2010 20151985 1990 1995 2000 2005

Cronograma de los trabajos publicados en relacioacuten a biodegradacioacuten de contaminantes por hongos en medio liacutequido

Contaminantes emergentes

Pesticidas (DDT amp DDE)

PCBs HAPs Disolventes clorados

AR de produccioacuten Aceite de oliva

AR de la induacutestria del papel

Retardantes de llama (Bromados)

Faacutermacos

Filtros solares UV

Deteccioacuten faacutermacos en medio ambient

Colorantes sinteacuteticos Explosivos

TNT y nitroglicerina

AR de la industria textil

ASPECTOS GENERALES

A que se llama contaminantes emergentes

Productos considerados contaminantes actualmente pero no en el pasado presentes de forma constante en el medio ambiente a bajas concentraciones provocando problemas en el ecosistema y pendientes de ser regulados en un futuro proacuteximo

Entre ellos se incluyen los faacutermacos drogas de abuso productos asociados a la higiene y cuidado corporal retardantes de llama plaguicidashellip Caracteriacutesticas

alto consumo acumulacioacuten en el medio y organismos potencial disruptor endocrino toxicidadhellip

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

EDAR

Mezcla de ldquocontaminantes emergentesrdquo

metabolitos

substancias conjugadas

EXCRECIOacuteNVERTIDO

Retenidos en los lodos

inalterados

transformados

Mineralizados

Transformados

Inalterados

Presencia en aguas subterraneas superficiales y

sedimentos

Presencia en suelos

efluente

influente

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

bull 2005 la mayoriacutea de estudios realizados se centran en ndash Puesta a punto de meacutetodos analiacuteticos

ndash Deteccioacuten en aguas superficiales y subterraacuteneas

ndash Deteccioacuten en sistemas de tratamiento convencionales (EDARs)

ndash Deteccioacuten en efluentes de hospitales

bull Algunos estudios de degradacioacuten por bacterias en efluentes

bull Escasos (ninguno) estudios de degradacioacuten en lodos

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

HONGOS

Cual es el principal problema que presenta estudiar su degradacioacuten

Las bajas concentraciones en que se encuentran y el

hecho de estar en matrices muy complejas dificulta

su deteccioacuten y cuantificacioacuten

Aplicacioacuten en matrices liquidas y soacutelidas

Matrices liacutequidas

Aguas residuales de hospital

Aguas residuales de la Vila Universitaria

Concentrado de un proceso de membranas

Aguas de un hospital veterinario

Matrices solidas

Lodos de depuradoras urbanas

Lodos de reactor MBR

37 Verlicchi et al J hydrology 2010 also WST 2010

erythromycin (antibiotic)

Iopromide (ICM)

ifosfamide (cytostatic)

Ibuprofen (analgesic)

Glucose

Therapeutic classes contrast media (ICM) heavy metals in a hospital effluentndash Comparison with an urban effluent

Hospital effluent Mean value

Urban effluent Mean value

Degradacioacuten de faacutermacos modelo e identificacioacuten de productos de transformacioacuten en condiciones esteacuteriles

Nos permite demostrar que el hongo es

el responsable de la degradacioacuten

Tratamiento de efluentes reales en condiciones no esteacuteriles Cuantificacioacuten de la eliminacioacuten de faacutermacos y ecotoxicidad

Tratamiento de efluentes por hongos Degradacioacuten de faacutermacos

38

EXPERIMENTOS IN VIVO PARA CUANTIFICAR DEGRADACIOacuteN

EXPERIMENTOS PARA DETERMINAR EL PAPEL DE LOS ENZIMAS

- In vitro Lacasa comercial

- In vivo Inhibidores del citocrom P450 (1-aminobenzotriazole)

ESTUDIO DE LA TOXICIDAD (Microtox regTest )

- Bacteria bioluminescente V ficheri

- EC50 a los 15 min Concentracioacuten que disminuye la luz emitida por la bacteria al 50

- Cuanto mas alta sea la EC50 menor es la toxicidad

ANAgraveLISIS DE FAgraveRMACOS EXTRACCIOacuteN EN FASE SOacuteLIDA i HPLC

IDENTIFICACIOacuteN DE SUBPRODUCTOS Servei RMN-UAB

(Medio + contaminante) (Medio + contaminante+ hongo inactivado)

Adsorcioacuten Degradacioacuten miacutenima

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS INDIVIDUALES

EC50

50

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Control abioacutetico Control inactivado Experimental (Medio + contaminante+hongo activo)

Idaea-CSIC ICRA

Ketoprofeno

Eliminacioacute del 100

Metabolits hidroxilats

Perfil de concentracioacute de subproductes del ketoprofen

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS MODELO

IOPROMIDE degradation in Erlenmeyer flasks by

T versicolor pellets Time course degradation of Iopromide

added at approximately 12 mg L-1 Symbols non-inoculated controls ()

experimental cultures () heat-killed

controls () glucose () and laccase

activity (loz)

62 degradation is

observed after 7days of

exposure and remains

constant until the end of

the experiment

Toxicity by Microtox bioassay

Time EC50 ()

Non-biotic control 2

15min 2

8h 1

1d 43

4d 66

7d 87

12d 110

High toxicity at initial time

(EC50 2) Toxicity decreases

over time

Gros et al 2014 Water Research

Degradacioacuten de farmacos en aguas residuales

en bioreactor

CONDITIONS

Sterile effluent

No sterile

Batch

Continuous

Nutrients addition

Non-nutrients addition

Fluidized bed bioreactors 15

and 10 L

Air pulses

T versicolor in form of pellets

pH (45) and temperature (25ordmC)

control

MONITORING

Pharmaceuticals degradation

Acute toxicity (Microtox)

Laccase glucose etc

101

1-ep

oxyC

BZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Cipro

floxa

cin

50

100

150

200

250

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

Cef

alex

in

Ibup

rofe

n

Aceta

minop

hen

Azitro

micin

1

2

3

4

Ketop

rofe

n

Propr

anolol

Cita

lopr

am

Car

bamaz

epine

Acridon

e

Con

cen

tracioacute

(micro

g L

-1)

000

003

006

009

012

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS (Vila Universitaria de la UAB)

Tratamiento no esteril en batch

Eliminacioacuten completa del 70 de los faacutermacos detectados

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Comparacioacuten de la eliminacioacuten de los faacutermacos por el

hongo versus lodos activados (bibliografia)

Grup Fagravermac Concentracioacute

(microg L-1)

Eliminacioacute estegraveril

()

Eliminacioacute no estegraveril

()

Eliminacioacute per llots activats

() Analgegravesics Acetaminofen 387 100 100 82-99

Ibuprofen 1261 100 100 82-99 Ketoprofen lt048 35 100 lt50 Codeina 002 100 - lt82 Antibiogravetics Azitromicin 431 - 100 lt40

Ciprofloxacin 8471 - 35 50-96 (adsorcioacute) Cefalexin 059 - -51 96 β-blockers Propanolol 006 - 100 59-70 Psiquiatrics Carbamazepina 07 -37 Augmenta lt20 Augmenta

1011- epoxy CBZ 755 100 79 - 2-Hydroxy CBZ 1638 46 100 -

Acridone 101 100 Augmenta - Citalopram 01 100 100 -

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Porcentajes de eliminacioacuten superiores en el tratamiento por hongos

Problema cuantificacioacuten inicial de carbamazepina conjugacioacuten

Ace

tam

inop

hen

Ibup

rofen

Ket

opro

fen

Nap

roxe

n

Salicylic a

cid

Cod

eine

Phe

nazo

ne

Dex

amet

haso

ne

Diclofena

c

Piro

xica

m

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

500

1000

1500

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

50

Tratamiento no esteacuteril Analgeacutesicos

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

46

Cipro

floxa

cin

Oflo

xacin

Clarit

hrom

ycin

Sulfam

etho

xazo

le

Azith

rom

ycin

Met

ronida

zole

Met

ronida

zole-O

H

Trim

etho

prim

Dim

etrid

azole

Ron

idaz

ole

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

35

40

100

150

200

250

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Antibioacuteticos

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

101

1-ep

oxy

CBZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Car

bam

azep

ine

Acr

idon

e

Lora

zepa

m

Cita

lopr

am

Ven

lafaxine

Pra

vast

atin

Olanz

apine

Ser

tralin

e

Fluox

etine

Par

oxet

ine

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

000

025

050

075

100

400800

120016002000

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Faacutermacos de uso psiquiaacutetrico

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Ben

zotri

azole

OP2E

O

Eth

ylpa

rabe

n

Pro

pylpar

aben

BPA

OP

Con

cen

tration

(micro

g L

-1)

0

2

4

6

8

10

20

30

40

50

60

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Compuestos disruptores endocrinos

70 eliminacioacute

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Famiacutelia faacutermacos Tratamiento esteacuteril Tratamiento no esteacuteril

Carga inicial (microg)

Eliminacioacuten ()

Carga inicial (microg)

Eliminacioacute ()

Analgegravesics 1475 180 993 1511 179 988 Antibiogravetics 569 69 861 239 28 908 Cafeiumlna 757 92 79 1490 177 384 EDC 124 15 813 704 84 744 Iopromida 1046 128 755 4197 498 340 Altres fagravermacs 557 68 862 177 21 863 Psiquiagravetrics 3658 447 937 108 13 954 Cantidad total 8185 100 832 8427 100 533

Tratamiento adecuado para degradar faacutermacos en efluents de hospital

Siguiente objetivo Tratamiento en continuo de efluentes

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Fungal inoculated (I)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Non-inoculated (NI)

Non-sterile continuous

treatments of real effluents

VHW treatment

(

) Glucose concentration

(

) COD

(

) Laccase activity

(darr) Fungal biomass partial renovation

(mdash) Glucose addition rate

2 HRT studied

Decrease in laccase activity even with partial biomass renovation

Fungal inoculated (I)

Casas et al 2013 Env Technol 34 113

Glucose 026 g g DCW d

Ammonium 12 mg g DCW d

No glucose accumulation

Need for nutrients

Previous studies in synthetic

media and sterile conditions

CRT

Blaacutenquez et al 2006 Water Res 40 1650

CRT 21 days

13 biomass renovation every 7 days

CRT of 15 days

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Que es lo que sucede

Se muere el hongo aunque estamos renovando la

biomasa no hay suficiente hongo

No hay degradacioacuten

52

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

VHW treatment (2)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

NH4+ addition

PhACs removal

Fungal inoculated (I)

Non-inoculated (NI)

(

) Wastewater (Influent)

(

) Reactor effluent

The analyses have

been performed by

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Microbial community assessment (DGGE)

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Time

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Trametes versicolor

Candida spp

Fusarium solani

Unknown

T versicolor survived until the end of the treatment

laccase activity is not a good indicator

ESCENARIOS DE GESTIOacuteN DE EFLUENTES DE HOSPITAL

EDAR

No eliminacioacuten

de faacutermacos

Dilucioacuten en

el efluente

urbano

Aguas

urbanas

Fong

No eliminacioacuten

de DQO

Hongo Aguas

urbanas

EDAR

HOSPITAL

Srsquoha comprovat la capacitat de T versicolor per degradar fagravermacs

Badiacutea-Fabregat et al 2014 Rodriacuteguez-Rodriacuteguez et al 2014 Cruz-Moratoacute et al 2013

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Inconvenients al tractament drsquo

aiguumles drsquohospitals reals

- Necessitat drsquoaddicionar nutrients - Competegravencia amb bacteris

Possibles solucions Estrategravegies

- Pretractament de lrsquoefluent - Altres configuracions de reactors - Canvi en la font de carboni

Posada a punt del sistema TRH Relacioacute QRQL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

1 2 3

4

5

6

7

1 Tanc drsquoalimentacioacute 2 Tanc de mescla 3 Tanc drsquoeluents de

sortida 4 Bomba de recirculacioacute 5 Bioreactor 6 Entrada drsquoaire 7 Controlador de pH

TRH 3d

QL

QR

QL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

Desenvolupament processos

Efluent hospital

real (HWW)

Aiguumles residuals urbanes

(UWW)

Trametes versicolor

T versicolor crescut sobre fusta

Filtre percolador amb T versicolor crescut sobre fusta

Microalgues Degradacioacute a

escala Erlenmeyer Fotobioreactor FBR

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 11: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

Detoxificacioacuten de lejiacuteas negras por Phanerochaete

chrysosporium inmovilizado y pellets de Trametes

versicolor

Enzyme production (AUh)

0e+0 2e+4 4e+4 6e+4 8e+4 1e+5

Toxic

ity r

ed

uctio

n

0

1

2

3

4

5

6

Enzyme production (AUh)

0e+0 2e+4 4e+4 6e+4 8e+4 1e+5

Toxic

ity r

ed

uctio

n

0

1

2

3

4

5

6

Detoxification = AMnP 6E-05 + 08475

Detoxification = Alaccase 535E-5 + 00278

Aenzyme denotes the amount of enzyme produced (AUh) at the time

when detoxification was calculated

Correlacioacuten entre enzima extracelular y destoxificacioacuten

Ph crysosporium Relacioacuten CN para produccioacuten de MnP T versicolor Relacioacuten CN para produccioacuten de Lacasa

Pero NO correlacioacuten entre eliminacioacuten de color y produccioacuten enzimaacutetica

Enzimas extracelulares

bullEn que tipo de reacciones intervienen Oxidacioacuten hidroxilacioacuten etc bullComo atacan a las moleacuteculas Polimerizacioacuten despolimerizacioacuten rotura de enlaces rotura de anillos aromaacuteticos etchellip

Objetivo Estudio de la degradacioacuten de moleacuteculas y enzimas que intervienen

bullEstudios de degradacioacuten de colorantes textiles bullEstudios de degradacioacuten de disolventes clorados

bullEstudios de degradacioacuten de HAP

bullEstudios de degradacioacuten de contaminantes emergentes

Las aguas procedentes de la industria textil se caracterizan

Hoy en diacutea auacuten no se ha desarrollado un tratamiento bioloacutegico universal de depuracioacuten de aguas residuales textiles

Variedad de colorantes utilizados

Los colorantes son estructuras complejas poco biodegradables y muy estables

El estudio de nuevos tratamientos bioloacutegicos para estos efluentes es una opcioacuten interesante

En las EDAR los colorantes se adsorben sobre la biomasa causando problemas

LA INDUSTRIA TEXTIL y SU PROBLEMAacuteTICA AMBIENTAL

HONGOS

En los experimentos realizados se han conseguido rendimientos

de eliminacioacuten del color de hasta el 90

iquestCual es el mecanismo de eliminacioacuten del

colorante

bull bioadsorcioacuten

bull biotransformacioacuten

t inicial t final

Pelets de T versicolor + colorante Gris Lanaset G Tratamiento en discontinuo

Se ha determinado la capacidad del hongo ligninoliacutetico para degradar el colorante Gris Lanaset G (Mezcla de colorantes metaacutelicos de estructura y composicioacuten no disponible)

Biomass

Cr-dye +

Cr free

Cr-dye +

Cr free

Metal

desorption

FINAL

Cr-dye

Cr-dye +

Cr free

STEP2

Dye in biomass

Cr-dye

INITIAL

t= 0 h

Dye adsorbed

Cr-dye

Cr-dye

degradation

STEP 1

t= 1 ht= 45 d

S

O

L

I

D

P

H

A

S

E

L

I

Q

U

I

D

P

H

A

S

E

Dye

Dye

Dye

adsorption

Dye

Biomass

Cr-dye +

Cr free

Cr-dye +

Cr free

Metal

desorption

FINAL

Cr-dye

Cr-dye +

Cr free

STEP2

Dye in biomass

Cr-dye

INITIAL

t= 0 h

Dye adsorbed

Cr-dye

Cr-dye

degradation

STEP 1

t= 1 ht= 45 d

S

O

L

I

D

P

H

A

S

E

L

I

Q

U

I

D

P

H

A

S

E

Dye

Dye

Dye

adsorption

Dye

MECANISMO DE DEGRADACIOacuteN DEL COLOR

Mecanismo de degradacioacuten de colorantes por

los hongos ligninoliacuteticos

1ra etapa adsorcioacuten en la biomasa del hongo

2ordf etapa degradacioacuten intracelular

En este caso gracias al metal podemos demostrar que la

degradacioacuten tiene lugar en el interior del hongo o al menos parte

de ella

Cual es el papel del enzima extracelular

es la enzima extracelular que estamos midiendo (lacasa) la

responsable de la degradacioacuten

TRATAMIENTO COLORANTE GRIS LANASET G

DEGRADACIOacuteN DEL COLORANTE GRIS LANASET G CON TRAMETES VERSICOLOR

Medida de la enzima lacasa intracelular y extracelular

98 de eliminacioacuten de color a las 75 h

(57 debido a la adsorcioacuten Killed control)

Medio inicial (A) y final (B) del tratamiento

Peacutelets antes (B) y despueacutes del tratamiento (C) y peacutelets tentildeidos con colorante a t=1h (A)

Tiempo (h)

0 50 100 150 200 250 300

Lacasa e

xtr

acelu

lar

tota

l (U

A)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

Lacasa intr

acelu

lar

tota

l (U

A)

0

40

80

120

160

200

240

280

Conc

colo

rante

(gl)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Conc

glu

cosa (

gl)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Activitat extracelular

Activitat intracelular

Colorante

Glucosa

Glu

cosa

(g

l)

Co

lora

nte

(m

gl)

DEGRADACIOacuteN DE COLORANTES TEXTILES

Antes de las 24h deteccioacuten de lacasa intracelular

Si la enzima lacasa es la responsable de la degradacion

Porque utilizar microorganismos y no enzimas

Es mas facil trabajar con enzimas que con

microorganismos

Se puede utilizar la dosis de enzima necesaria

Perohellip

Un unico enzima puede degradar todos los colorantes en un efluente

Los enzimas hasta donde llegan Degradantransformanmineralizan

Un unico enzima puede hacer lo mismo que un microorganismo que es

multienzimaacutetico

APLICACIOacuteN DEL PROCESO DE DECOLORACIOacuteN A DIFERENTES COLORANTES

RESULTADOS DE DEGRADACIOacuteN DE LOS COLORANTES AacuteCIDOS

Colorante Lanasyn Grey

(Azo complejo metaacutelico)

Alizarin Red S

(Antraquinoacutenico)

Acid Fuchsin

(Triarilmetano)

Decoloracioacuten 796 938 9998

Reduccioacuten Toxicidad 12 12 19

O

N

NH

C OEt

O

N

S

O

MeO

O

C

O

OEt

NH R

H+

Cr3+

N

N

R

OO

S O

O

Me

O

O

OH

SO3Na

NH2

SO3

C

H3C

H2N

NaO3S

NH2

SO3Na

DEGRADACIOacuteN DE COLORANTES TEXTILES

ESTUDI DEL PROCEacuteS DEGRADACIOacute DE COLORANTS TEgraveXTILS AMB EL FONG Trametes versicolor

COLORANT Trametes versicolor ENZIM 1210 UL

Nom comuacute Classificacioacute quiacutemica Decoloracioacute

24 i 100 h

Decoloracioacute

24h

Acid Fuchsin Trifenilmetagrave 98-99 28

Acid Green 16 Trifenilmetagrave 90-99 60 gt

24h

Alizarin Red S Antraquinogravenic 92-94 84

Amino Black 10 Diazo 96-99 93

Azocarmine B Quinoneimine 90-99 84

Basic Fuchsin Trifenilmetagrave 12-40 18

Brilliant Green 1 Trifenilmetagrave 55-93 90

Brilliant Green 20 Trifenilmetagrave 76-78 90

Burdeos Lanset B (mescla) 83-88 67

Gris Lanaset G (mescla) 92-98 35

Pardo Lanaset B (mescla) 64-81 60

Lanasyn Grey G Metagravelmiddotlic azoic 72-87 49

Methylene Blue Tiazina 14-28 37

Naphtol Yellow S Nitro 8-50-92 (240h) 0

Orange G Azo 97-99 87

Desactivacioacute enzimagravetica

DEGRADACIOacute DE COLORANTS comparacioacute fong vs enzim lacasa

Biodegradacioacute drsquoaltres famiacutelies de colorants

2D Graph 3

Tems (h)

0 20 40 60 80 100 120

Co

nc

en

tra

cioacute

co

lor

(mg

L)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Ac

tivit

at

(UL

)

0

20

40

60

80

100

120

140

Temps GLG (h) vs GLG (mgl)

Temps OG (h) vs OG (mgl)

Temps AF (h) vs AF (mgl)

Temps GLG-2 (h) vs GLG-2 (mgl)

Temps GLG (h) vs Activitat GLG (UA)

Temps OG (h) vs Activitat OG (UA)

Temps ARS (h) vs Activitat ARS (UA)

Temps GLG-2 (h) vs Activitat GLG-2 (UA) Temps ARS (h) vs ASR (mgl)

Temps AF (h) vs Activitat AF (UA)

DISCONTINUS REPETITS 24 hores

Gris Lanaset G co = 1556 mgL 946 decol

Orange G co = 1509 mgL 974 decol

Alizarin Red S co = 1425 mgL 874 decol

Acid Fuchsin co = 1370 mgL 982 decol

Gris Lanaset G co = 732 mgL 776 decol

Productes de degradacioacute del metabolisme del

fong per diferents famiacutelies de colorants

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 ppmLongitud dona (nm)

350 400 450 500 550 600 650

Absorb

agravencia

00

02

04

06

08

10

Temps 0 min

Temps 8 min

Temps 30 min

Temps 60 min

Temps 2h

Temps 4h

Temps 24h

0 min

4 h

24 h

60 min

2 h

30 min

8 min

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

Brilliant Green 1

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

NH(CH2CH3)2 + +

EL FONG EacuteS CAPACcedil DE DEGRADAR AgraveCID BENZOIC en 24 hores

H-RMN en liacutenea

Orange G

NH2CH2N

NH2

No subproductes

Acid Fuchsin

WRF

Citocromo P450

2 Lacasas

Lignina peroxidasa

Peroxidasa versaacutetil

MnP

1 Pero

xidasas

Enzimas modificadoras de lignina

Trametes versicolor

Enzimas extracelulares Enzimas intracelulares

Hidroxilacioacuten

Epoxidacioacuten

Reduccioacuten Desalquilacioacuten

Oxigenacioacuten

Ruptura C-C

Desmetilacioacuten

Hidroxilacioacuten Dipolimerizacioacuten fenoles

Oxidacioacuten alcoholes

El mecanismo de degradacioacuten de algunos contaminantes no esta ligado a la produccioacuten de los enzimas extracelulares sino al sistema intracelular Cytocromo P450 monooxigenasa

Identificacioacuten gen cyt P450 en P chrysosporium 1997 y en T versicolor 2002

Objetivo desarrollo de proceso

Reactor fludizado por pulsos de aire

Fong en forma de pegravelmiddotlets Biomassa fluiumlditzada per polsos drsquoaire Tordf ograveptima fong 25ordmC pH ograveptim fong 45 Nutrients (CN) y micronutrients Avaluacioacute activitat fuacutengica enzim lacasa Condicions esterils

Temps (d)

0 5 10 15 20

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Laca

sa (

UA

l)

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

Reducc

ioacute d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Glucosa

Lacasa

Reduccioacute de color

TRH (h)

0 20 40 60 80 100 120

mg G

LG e

limin

ats

lmiddoth

0

5

10

15

20

25

30

Experimental

Normativa

Efecte del TRH

TRH 48 h

Temps (d)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Laca

sa (

UA

l)

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

Reducc

ioacute d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Glucosa

Lacasa

Reduccioacute de color

0

20

40

60

80

100

0 7 14 21 28 35 42 49 56 63P

erc

en

tatg

e d

e b

iom

as

sa

()

Temps (d)

gt42 dies

35 dies

28 dies

21 dies

14 dies

7 dies

0 dies

Estrategravegia purga i renovacioacute 13 de la

biomassa cada 7 dies

TRC 21 dies

decoloracions gt 90

distribucioacute drsquoedats constant

82 biomassa amb lt28 dies

Pegraverdua morfologiacutea dels pegravelmiddotlets lisis celmiddotlular

Tiempo (d)0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Laca

sa (

UA

l)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

Reducc

ioacuten d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

10068 525 59 72 4848

- Renovar la biomassa - Ni macro ni micronutrients - Glucosa qualitat industrial - Colorant no estegraveril

Formulacioacute del medi de cultiu

Seleccioacute del bioreactor

Escalat

Escalat de la produccioacute de biomassa

Produccioacute de pegravelmiddotlets clagravessica

Coll drsquoampolla

Cost medi (extracte de malta)

Limitacioacute en la produccioacute a escala Erlenmeyer

Objectius

Morfologia en forma de pelmiddotlets

Mida plusmn 3mm

Pasos experimentals

40 x

Biomassa gt 3 g DCWmiddotl-1

Morfologia adequada

280

598 0

50

100

150

200

250

300

Malt extract Defined medium

Co

st (

euromiddotK

g-1) Reduccioacute de cost 98

Escalat de la produccioacute de biomassa

La enzima lacasa es uno de los principales

catalizadores de la biodegradacioacuten pero no el uacutenico

responsable

El hongo degrada casi todos los colorantes

(algunos si estan en concentraciones subtoacutexicas)

La monitorizacioacuten de la produccioacuten enzimaacutetica y

consumo de glucosa son buenos indicadores de la

actividad metaboacutelica del hongo hay que

suministrar nutrientes para mantener la actividad

enzimaacutetica

El hongo puede degradar metabolitos resultantes

de la degradacioacuten que el enzima lacasa no puede

degradar

Algunas conclusiones

Porque utilizar microorganismos y no enzimas

si es mucho mas facil dosificar enzimas

los efluentes a tratar (liacutequidos o soacutelidos) contienen

una mezcla muy compleja de contaminantes no

podemos optimizar ni el enzima ni las condiciones

es difiacutecil que un enzima pueda degradar todos los

contaminantes presentes

en muchos casos los enzimas solo realizan un paso

de la transformacioacuten y se pueden formar TPs toacutexicos

o no biodegradables

el microorganismo es un sistema multienzimaacutetico

2010 20151985 1990 1995 2000 2005

Cronograma de los trabajos publicados en relacioacuten a biodegradacioacuten de contaminantes por hongos en medio liacutequido

Contaminantes emergentes

Pesticidas (DDT amp DDE)

PCBs HAPs Disolventes clorados

AR de produccioacuten Aceite de oliva

AR de la induacutestria del papel

Retardantes de llama (Bromados)

Faacutermacos

Filtros solares UV

Deteccioacuten faacutermacos en medio ambient

Colorantes sinteacuteticos Explosivos

TNT y nitroglicerina

AR de la industria textil

ASPECTOS GENERALES

A que se llama contaminantes emergentes

Productos considerados contaminantes actualmente pero no en el pasado presentes de forma constante en el medio ambiente a bajas concentraciones provocando problemas en el ecosistema y pendientes de ser regulados en un futuro proacuteximo

Entre ellos se incluyen los faacutermacos drogas de abuso productos asociados a la higiene y cuidado corporal retardantes de llama plaguicidashellip Caracteriacutesticas

alto consumo acumulacioacuten en el medio y organismos potencial disruptor endocrino toxicidadhellip

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

EDAR

Mezcla de ldquocontaminantes emergentesrdquo

metabolitos

substancias conjugadas

EXCRECIOacuteNVERTIDO

Retenidos en los lodos

inalterados

transformados

Mineralizados

Transformados

Inalterados

Presencia en aguas subterraneas superficiales y

sedimentos

Presencia en suelos

efluente

influente

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

bull 2005 la mayoriacutea de estudios realizados se centran en ndash Puesta a punto de meacutetodos analiacuteticos

ndash Deteccioacuten en aguas superficiales y subterraacuteneas

ndash Deteccioacuten en sistemas de tratamiento convencionales (EDARs)

ndash Deteccioacuten en efluentes de hospitales

bull Algunos estudios de degradacioacuten por bacterias en efluentes

bull Escasos (ninguno) estudios de degradacioacuten en lodos

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

HONGOS

Cual es el principal problema que presenta estudiar su degradacioacuten

Las bajas concentraciones en que se encuentran y el

hecho de estar en matrices muy complejas dificulta

su deteccioacuten y cuantificacioacuten

Aplicacioacuten en matrices liquidas y soacutelidas

Matrices liacutequidas

Aguas residuales de hospital

Aguas residuales de la Vila Universitaria

Concentrado de un proceso de membranas

Aguas de un hospital veterinario

Matrices solidas

Lodos de depuradoras urbanas

Lodos de reactor MBR

37 Verlicchi et al J hydrology 2010 also WST 2010

erythromycin (antibiotic)

Iopromide (ICM)

ifosfamide (cytostatic)

Ibuprofen (analgesic)

Glucose

Therapeutic classes contrast media (ICM) heavy metals in a hospital effluentndash Comparison with an urban effluent

Hospital effluent Mean value

Urban effluent Mean value

Degradacioacuten de faacutermacos modelo e identificacioacuten de productos de transformacioacuten en condiciones esteacuteriles

Nos permite demostrar que el hongo es

el responsable de la degradacioacuten

Tratamiento de efluentes reales en condiciones no esteacuteriles Cuantificacioacuten de la eliminacioacuten de faacutermacos y ecotoxicidad

Tratamiento de efluentes por hongos Degradacioacuten de faacutermacos

38

EXPERIMENTOS IN VIVO PARA CUANTIFICAR DEGRADACIOacuteN

EXPERIMENTOS PARA DETERMINAR EL PAPEL DE LOS ENZIMAS

- In vitro Lacasa comercial

- In vivo Inhibidores del citocrom P450 (1-aminobenzotriazole)

ESTUDIO DE LA TOXICIDAD (Microtox regTest )

- Bacteria bioluminescente V ficheri

- EC50 a los 15 min Concentracioacuten que disminuye la luz emitida por la bacteria al 50

- Cuanto mas alta sea la EC50 menor es la toxicidad

ANAgraveLISIS DE FAgraveRMACOS EXTRACCIOacuteN EN FASE SOacuteLIDA i HPLC

IDENTIFICACIOacuteN DE SUBPRODUCTOS Servei RMN-UAB

(Medio + contaminante) (Medio + contaminante+ hongo inactivado)

Adsorcioacuten Degradacioacuten miacutenima

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS INDIVIDUALES

EC50

50

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Control abioacutetico Control inactivado Experimental (Medio + contaminante+hongo activo)

Idaea-CSIC ICRA

Ketoprofeno

Eliminacioacute del 100

Metabolits hidroxilats

Perfil de concentracioacute de subproductes del ketoprofen

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS MODELO

IOPROMIDE degradation in Erlenmeyer flasks by

T versicolor pellets Time course degradation of Iopromide

added at approximately 12 mg L-1 Symbols non-inoculated controls ()

experimental cultures () heat-killed

controls () glucose () and laccase

activity (loz)

62 degradation is

observed after 7days of

exposure and remains

constant until the end of

the experiment

Toxicity by Microtox bioassay

Time EC50 ()

Non-biotic control 2

15min 2

8h 1

1d 43

4d 66

7d 87

12d 110

High toxicity at initial time

(EC50 2) Toxicity decreases

over time

Gros et al 2014 Water Research

Degradacioacuten de farmacos en aguas residuales

en bioreactor

CONDITIONS

Sterile effluent

No sterile

Batch

Continuous

Nutrients addition

Non-nutrients addition

Fluidized bed bioreactors 15

and 10 L

Air pulses

T versicolor in form of pellets

pH (45) and temperature (25ordmC)

control

MONITORING

Pharmaceuticals degradation

Acute toxicity (Microtox)

Laccase glucose etc

101

1-ep

oxyC

BZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Cipro

floxa

cin

50

100

150

200

250

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

Cef

alex

in

Ibup

rofe

n

Aceta

minop

hen

Azitro

micin

1

2

3

4

Ketop

rofe

n

Propr

anolol

Cita

lopr

am

Car

bamaz

epine

Acridon

e

Con

cen

tracioacute

(micro

g L

-1)

000

003

006

009

012

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS (Vila Universitaria de la UAB)

Tratamiento no esteril en batch

Eliminacioacuten completa del 70 de los faacutermacos detectados

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Comparacioacuten de la eliminacioacuten de los faacutermacos por el

hongo versus lodos activados (bibliografia)

Grup Fagravermac Concentracioacute

(microg L-1)

Eliminacioacute estegraveril

()

Eliminacioacute no estegraveril

()

Eliminacioacute per llots activats

() Analgegravesics Acetaminofen 387 100 100 82-99

Ibuprofen 1261 100 100 82-99 Ketoprofen lt048 35 100 lt50 Codeina 002 100 - lt82 Antibiogravetics Azitromicin 431 - 100 lt40

Ciprofloxacin 8471 - 35 50-96 (adsorcioacute) Cefalexin 059 - -51 96 β-blockers Propanolol 006 - 100 59-70 Psiquiatrics Carbamazepina 07 -37 Augmenta lt20 Augmenta

1011- epoxy CBZ 755 100 79 - 2-Hydroxy CBZ 1638 46 100 -

Acridone 101 100 Augmenta - Citalopram 01 100 100 -

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Porcentajes de eliminacioacuten superiores en el tratamiento por hongos

Problema cuantificacioacuten inicial de carbamazepina conjugacioacuten

Ace

tam

inop

hen

Ibup

rofen

Ket

opro

fen

Nap

roxe

n

Salicylic a

cid

Cod

eine

Phe

nazo

ne

Dex

amet

haso

ne

Diclofena

c

Piro

xica

m

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

500

1000

1500

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

50

Tratamiento no esteacuteril Analgeacutesicos

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

46

Cipro

floxa

cin

Oflo

xacin

Clarit

hrom

ycin

Sulfam

etho

xazo

le

Azith

rom

ycin

Met

ronida

zole

Met

ronida

zole-O

H

Trim

etho

prim

Dim

etrid

azole

Ron

idaz

ole

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

35

40

100

150

200

250

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Antibioacuteticos

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

101

1-ep

oxy

CBZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Car

bam

azep

ine

Acr

idon

e

Lora

zepa

m

Cita

lopr

am

Ven

lafaxine

Pra

vast

atin

Olanz

apine

Ser

tralin

e

Fluox

etine

Par

oxet

ine

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

000

025

050

075

100

400800

120016002000

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Faacutermacos de uso psiquiaacutetrico

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Ben

zotri

azole

OP2E

O

Eth

ylpa

rabe

n

Pro

pylpar

aben

BPA

OP

Con

cen

tration

(micro

g L

-1)

0

2

4

6

8

10

20

30

40

50

60

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Compuestos disruptores endocrinos

70 eliminacioacute

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Famiacutelia faacutermacos Tratamiento esteacuteril Tratamiento no esteacuteril

Carga inicial (microg)

Eliminacioacuten ()

Carga inicial (microg)

Eliminacioacute ()

Analgegravesics 1475 180 993 1511 179 988 Antibiogravetics 569 69 861 239 28 908 Cafeiumlna 757 92 79 1490 177 384 EDC 124 15 813 704 84 744 Iopromida 1046 128 755 4197 498 340 Altres fagravermacs 557 68 862 177 21 863 Psiquiagravetrics 3658 447 937 108 13 954 Cantidad total 8185 100 832 8427 100 533

Tratamiento adecuado para degradar faacutermacos en efluents de hospital

Siguiente objetivo Tratamiento en continuo de efluentes

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Fungal inoculated (I)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Non-inoculated (NI)

Non-sterile continuous

treatments of real effluents

VHW treatment

(

) Glucose concentration

(

) COD

(

) Laccase activity

(darr) Fungal biomass partial renovation

(mdash) Glucose addition rate

2 HRT studied

Decrease in laccase activity even with partial biomass renovation

Fungal inoculated (I)

Casas et al 2013 Env Technol 34 113

Glucose 026 g g DCW d

Ammonium 12 mg g DCW d

No glucose accumulation

Need for nutrients

Previous studies in synthetic

media and sterile conditions

CRT

Blaacutenquez et al 2006 Water Res 40 1650

CRT 21 days

13 biomass renovation every 7 days

CRT of 15 days

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Que es lo que sucede

Se muere el hongo aunque estamos renovando la

biomasa no hay suficiente hongo

No hay degradacioacuten

52

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

VHW treatment (2)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

NH4+ addition

PhACs removal

Fungal inoculated (I)

Non-inoculated (NI)

(

) Wastewater (Influent)

(

) Reactor effluent

The analyses have

been performed by

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Microbial community assessment (DGGE)

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Time

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Trametes versicolor

Candida spp

Fusarium solani

Unknown

T versicolor survived until the end of the treatment

laccase activity is not a good indicator

ESCENARIOS DE GESTIOacuteN DE EFLUENTES DE HOSPITAL

EDAR

No eliminacioacuten

de faacutermacos

Dilucioacuten en

el efluente

urbano

Aguas

urbanas

Fong

No eliminacioacuten

de DQO

Hongo Aguas

urbanas

EDAR

HOSPITAL

Srsquoha comprovat la capacitat de T versicolor per degradar fagravermacs

Badiacutea-Fabregat et al 2014 Rodriacuteguez-Rodriacuteguez et al 2014 Cruz-Moratoacute et al 2013

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Inconvenients al tractament drsquo

aiguumles drsquohospitals reals

- Necessitat drsquoaddicionar nutrients - Competegravencia amb bacteris

Possibles solucions Estrategravegies

- Pretractament de lrsquoefluent - Altres configuracions de reactors - Canvi en la font de carboni

Posada a punt del sistema TRH Relacioacute QRQL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

1 2 3

4

5

6

7

1 Tanc drsquoalimentacioacute 2 Tanc de mescla 3 Tanc drsquoeluents de

sortida 4 Bomba de recirculacioacute 5 Bioreactor 6 Entrada drsquoaire 7 Controlador de pH

TRH 3d

QL

QR

QL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

Desenvolupament processos

Efluent hospital

real (HWW)

Aiguumles residuals urbanes

(UWW)

Trametes versicolor

T versicolor crescut sobre fusta

Filtre percolador amb T versicolor crescut sobre fusta

Microalgues Degradacioacute a

escala Erlenmeyer Fotobioreactor FBR

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 12: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

Enzimas extracelulares

bullEn que tipo de reacciones intervienen Oxidacioacuten hidroxilacioacuten etc bullComo atacan a las moleacuteculas Polimerizacioacuten despolimerizacioacuten rotura de enlaces rotura de anillos aromaacuteticos etchellip

Objetivo Estudio de la degradacioacuten de moleacuteculas y enzimas que intervienen

bullEstudios de degradacioacuten de colorantes textiles bullEstudios de degradacioacuten de disolventes clorados

bullEstudios de degradacioacuten de HAP

bullEstudios de degradacioacuten de contaminantes emergentes

Las aguas procedentes de la industria textil se caracterizan

Hoy en diacutea auacuten no se ha desarrollado un tratamiento bioloacutegico universal de depuracioacuten de aguas residuales textiles

Variedad de colorantes utilizados

Los colorantes son estructuras complejas poco biodegradables y muy estables

El estudio de nuevos tratamientos bioloacutegicos para estos efluentes es una opcioacuten interesante

En las EDAR los colorantes se adsorben sobre la biomasa causando problemas

LA INDUSTRIA TEXTIL y SU PROBLEMAacuteTICA AMBIENTAL

HONGOS

En los experimentos realizados se han conseguido rendimientos

de eliminacioacuten del color de hasta el 90

iquestCual es el mecanismo de eliminacioacuten del

colorante

bull bioadsorcioacuten

bull biotransformacioacuten

t inicial t final

Pelets de T versicolor + colorante Gris Lanaset G Tratamiento en discontinuo

Se ha determinado la capacidad del hongo ligninoliacutetico para degradar el colorante Gris Lanaset G (Mezcla de colorantes metaacutelicos de estructura y composicioacuten no disponible)

Biomass

Cr-dye +

Cr free

Cr-dye +

Cr free

Metal

desorption

FINAL

Cr-dye

Cr-dye +

Cr free

STEP2

Dye in biomass

Cr-dye

INITIAL

t= 0 h

Dye adsorbed

Cr-dye

Cr-dye

degradation

STEP 1

t= 1 ht= 45 d

S

O

L

I

D

P

H

A

S

E

L

I

Q

U

I

D

P

H

A

S

E

Dye

Dye

Dye

adsorption

Dye

Biomass

Cr-dye +

Cr free

Cr-dye +

Cr free

Metal

desorption

FINAL

Cr-dye

Cr-dye +

Cr free

STEP2

Dye in biomass

Cr-dye

INITIAL

t= 0 h

Dye adsorbed

Cr-dye

Cr-dye

degradation

STEP 1

t= 1 ht= 45 d

S

O

L

I

D

P

H

A

S

E

L

I

Q

U

I

D

P

H

A

S

E

Dye

Dye

Dye

adsorption

Dye

MECANISMO DE DEGRADACIOacuteN DEL COLOR

Mecanismo de degradacioacuten de colorantes por

los hongos ligninoliacuteticos

1ra etapa adsorcioacuten en la biomasa del hongo

2ordf etapa degradacioacuten intracelular

En este caso gracias al metal podemos demostrar que la

degradacioacuten tiene lugar en el interior del hongo o al menos parte

de ella

Cual es el papel del enzima extracelular

es la enzima extracelular que estamos midiendo (lacasa) la

responsable de la degradacioacuten

TRATAMIENTO COLORANTE GRIS LANASET G

DEGRADACIOacuteN DEL COLORANTE GRIS LANASET G CON TRAMETES VERSICOLOR

Medida de la enzima lacasa intracelular y extracelular

98 de eliminacioacuten de color a las 75 h

(57 debido a la adsorcioacuten Killed control)

Medio inicial (A) y final (B) del tratamiento

Peacutelets antes (B) y despueacutes del tratamiento (C) y peacutelets tentildeidos con colorante a t=1h (A)

Tiempo (h)

0 50 100 150 200 250 300

Lacasa e

xtr

acelu

lar

tota

l (U

A)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

Lacasa intr

acelu

lar

tota

l (U

A)

0

40

80

120

160

200

240

280

Conc

colo

rante

(gl)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Conc

glu

cosa (

gl)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Activitat extracelular

Activitat intracelular

Colorante

Glucosa

Glu

cosa

(g

l)

Co

lora

nte

(m

gl)

DEGRADACIOacuteN DE COLORANTES TEXTILES

Antes de las 24h deteccioacuten de lacasa intracelular

Si la enzima lacasa es la responsable de la degradacion

Porque utilizar microorganismos y no enzimas

Es mas facil trabajar con enzimas que con

microorganismos

Se puede utilizar la dosis de enzima necesaria

Perohellip

Un unico enzima puede degradar todos los colorantes en un efluente

Los enzimas hasta donde llegan Degradantransformanmineralizan

Un unico enzima puede hacer lo mismo que un microorganismo que es

multienzimaacutetico

APLICACIOacuteN DEL PROCESO DE DECOLORACIOacuteN A DIFERENTES COLORANTES

RESULTADOS DE DEGRADACIOacuteN DE LOS COLORANTES AacuteCIDOS

Colorante Lanasyn Grey

(Azo complejo metaacutelico)

Alizarin Red S

(Antraquinoacutenico)

Acid Fuchsin

(Triarilmetano)

Decoloracioacuten 796 938 9998

Reduccioacuten Toxicidad 12 12 19

O

N

NH

C OEt

O

N

S

O

MeO

O

C

O

OEt

NH R

H+

Cr3+

N

N

R

OO

S O

O

Me

O

O

OH

SO3Na

NH2

SO3

C

H3C

H2N

NaO3S

NH2

SO3Na

DEGRADACIOacuteN DE COLORANTES TEXTILES

ESTUDI DEL PROCEacuteS DEGRADACIOacute DE COLORANTS TEgraveXTILS AMB EL FONG Trametes versicolor

COLORANT Trametes versicolor ENZIM 1210 UL

Nom comuacute Classificacioacute quiacutemica Decoloracioacute

24 i 100 h

Decoloracioacute

24h

Acid Fuchsin Trifenilmetagrave 98-99 28

Acid Green 16 Trifenilmetagrave 90-99 60 gt

24h

Alizarin Red S Antraquinogravenic 92-94 84

Amino Black 10 Diazo 96-99 93

Azocarmine B Quinoneimine 90-99 84

Basic Fuchsin Trifenilmetagrave 12-40 18

Brilliant Green 1 Trifenilmetagrave 55-93 90

Brilliant Green 20 Trifenilmetagrave 76-78 90

Burdeos Lanset B (mescla) 83-88 67

Gris Lanaset G (mescla) 92-98 35

Pardo Lanaset B (mescla) 64-81 60

Lanasyn Grey G Metagravelmiddotlic azoic 72-87 49

Methylene Blue Tiazina 14-28 37

Naphtol Yellow S Nitro 8-50-92 (240h) 0

Orange G Azo 97-99 87

Desactivacioacute enzimagravetica

DEGRADACIOacute DE COLORANTS comparacioacute fong vs enzim lacasa

Biodegradacioacute drsquoaltres famiacutelies de colorants

2D Graph 3

Tems (h)

0 20 40 60 80 100 120

Co

nc

en

tra

cioacute

co

lor

(mg

L)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Ac

tivit

at

(UL

)

0

20

40

60

80

100

120

140

Temps GLG (h) vs GLG (mgl)

Temps OG (h) vs OG (mgl)

Temps AF (h) vs AF (mgl)

Temps GLG-2 (h) vs GLG-2 (mgl)

Temps GLG (h) vs Activitat GLG (UA)

Temps OG (h) vs Activitat OG (UA)

Temps ARS (h) vs Activitat ARS (UA)

Temps GLG-2 (h) vs Activitat GLG-2 (UA) Temps ARS (h) vs ASR (mgl)

Temps AF (h) vs Activitat AF (UA)

DISCONTINUS REPETITS 24 hores

Gris Lanaset G co = 1556 mgL 946 decol

Orange G co = 1509 mgL 974 decol

Alizarin Red S co = 1425 mgL 874 decol

Acid Fuchsin co = 1370 mgL 982 decol

Gris Lanaset G co = 732 mgL 776 decol

Productes de degradacioacute del metabolisme del

fong per diferents famiacutelies de colorants

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 ppmLongitud dona (nm)

350 400 450 500 550 600 650

Absorb

agravencia

00

02

04

06

08

10

Temps 0 min

Temps 8 min

Temps 30 min

Temps 60 min

Temps 2h

Temps 4h

Temps 24h

0 min

4 h

24 h

60 min

2 h

30 min

8 min

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

Brilliant Green 1

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

NH(CH2CH3)2 + +

EL FONG EacuteS CAPACcedil DE DEGRADAR AgraveCID BENZOIC en 24 hores

H-RMN en liacutenea

Orange G

NH2CH2N

NH2

No subproductes

Acid Fuchsin

WRF

Citocromo P450

2 Lacasas

Lignina peroxidasa

Peroxidasa versaacutetil

MnP

1 Pero

xidasas

Enzimas modificadoras de lignina

Trametes versicolor

Enzimas extracelulares Enzimas intracelulares

Hidroxilacioacuten

Epoxidacioacuten

Reduccioacuten Desalquilacioacuten

Oxigenacioacuten

Ruptura C-C

Desmetilacioacuten

Hidroxilacioacuten Dipolimerizacioacuten fenoles

Oxidacioacuten alcoholes

El mecanismo de degradacioacuten de algunos contaminantes no esta ligado a la produccioacuten de los enzimas extracelulares sino al sistema intracelular Cytocromo P450 monooxigenasa

Identificacioacuten gen cyt P450 en P chrysosporium 1997 y en T versicolor 2002

Objetivo desarrollo de proceso

Reactor fludizado por pulsos de aire

Fong en forma de pegravelmiddotlets Biomassa fluiumlditzada per polsos drsquoaire Tordf ograveptima fong 25ordmC pH ograveptim fong 45 Nutrients (CN) y micronutrients Avaluacioacute activitat fuacutengica enzim lacasa Condicions esterils

Temps (d)

0 5 10 15 20

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Laca

sa (

UA

l)

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

Reducc

ioacute d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Glucosa

Lacasa

Reduccioacute de color

TRH (h)

0 20 40 60 80 100 120

mg G

LG e

limin

ats

lmiddoth

0

5

10

15

20

25

30

Experimental

Normativa

Efecte del TRH

TRH 48 h

Temps (d)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Laca

sa (

UA

l)

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

Reducc

ioacute d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Glucosa

Lacasa

Reduccioacute de color

0

20

40

60

80

100

0 7 14 21 28 35 42 49 56 63P

erc

en

tatg

e d

e b

iom

as

sa

()

Temps (d)

gt42 dies

35 dies

28 dies

21 dies

14 dies

7 dies

0 dies

Estrategravegia purga i renovacioacute 13 de la

biomassa cada 7 dies

TRC 21 dies

decoloracions gt 90

distribucioacute drsquoedats constant

82 biomassa amb lt28 dies

Pegraverdua morfologiacutea dels pegravelmiddotlets lisis celmiddotlular

Tiempo (d)0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Laca

sa (

UA

l)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

Reducc

ioacuten d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

10068 525 59 72 4848

- Renovar la biomassa - Ni macro ni micronutrients - Glucosa qualitat industrial - Colorant no estegraveril

Formulacioacute del medi de cultiu

Seleccioacute del bioreactor

Escalat

Escalat de la produccioacute de biomassa

Produccioacute de pegravelmiddotlets clagravessica

Coll drsquoampolla

Cost medi (extracte de malta)

Limitacioacute en la produccioacute a escala Erlenmeyer

Objectius

Morfologia en forma de pelmiddotlets

Mida plusmn 3mm

Pasos experimentals

40 x

Biomassa gt 3 g DCWmiddotl-1

Morfologia adequada

280

598 0

50

100

150

200

250

300

Malt extract Defined medium

Co

st (

euromiddotK

g-1) Reduccioacute de cost 98

Escalat de la produccioacute de biomassa

La enzima lacasa es uno de los principales

catalizadores de la biodegradacioacuten pero no el uacutenico

responsable

El hongo degrada casi todos los colorantes

(algunos si estan en concentraciones subtoacutexicas)

La monitorizacioacuten de la produccioacuten enzimaacutetica y

consumo de glucosa son buenos indicadores de la

actividad metaboacutelica del hongo hay que

suministrar nutrientes para mantener la actividad

enzimaacutetica

El hongo puede degradar metabolitos resultantes

de la degradacioacuten que el enzima lacasa no puede

degradar

Algunas conclusiones

Porque utilizar microorganismos y no enzimas

si es mucho mas facil dosificar enzimas

los efluentes a tratar (liacutequidos o soacutelidos) contienen

una mezcla muy compleja de contaminantes no

podemos optimizar ni el enzima ni las condiciones

es difiacutecil que un enzima pueda degradar todos los

contaminantes presentes

en muchos casos los enzimas solo realizan un paso

de la transformacioacuten y se pueden formar TPs toacutexicos

o no biodegradables

el microorganismo es un sistema multienzimaacutetico

2010 20151985 1990 1995 2000 2005

Cronograma de los trabajos publicados en relacioacuten a biodegradacioacuten de contaminantes por hongos en medio liacutequido

Contaminantes emergentes

Pesticidas (DDT amp DDE)

PCBs HAPs Disolventes clorados

AR de produccioacuten Aceite de oliva

AR de la induacutestria del papel

Retardantes de llama (Bromados)

Faacutermacos

Filtros solares UV

Deteccioacuten faacutermacos en medio ambient

Colorantes sinteacuteticos Explosivos

TNT y nitroglicerina

AR de la industria textil

ASPECTOS GENERALES

A que se llama contaminantes emergentes

Productos considerados contaminantes actualmente pero no en el pasado presentes de forma constante en el medio ambiente a bajas concentraciones provocando problemas en el ecosistema y pendientes de ser regulados en un futuro proacuteximo

Entre ellos se incluyen los faacutermacos drogas de abuso productos asociados a la higiene y cuidado corporal retardantes de llama plaguicidashellip Caracteriacutesticas

alto consumo acumulacioacuten en el medio y organismos potencial disruptor endocrino toxicidadhellip

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

EDAR

Mezcla de ldquocontaminantes emergentesrdquo

metabolitos

substancias conjugadas

EXCRECIOacuteNVERTIDO

Retenidos en los lodos

inalterados

transformados

Mineralizados

Transformados

Inalterados

Presencia en aguas subterraneas superficiales y

sedimentos

Presencia en suelos

efluente

influente

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

bull 2005 la mayoriacutea de estudios realizados se centran en ndash Puesta a punto de meacutetodos analiacuteticos

ndash Deteccioacuten en aguas superficiales y subterraacuteneas

ndash Deteccioacuten en sistemas de tratamiento convencionales (EDARs)

ndash Deteccioacuten en efluentes de hospitales

bull Algunos estudios de degradacioacuten por bacterias en efluentes

bull Escasos (ninguno) estudios de degradacioacuten en lodos

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

HONGOS

Cual es el principal problema que presenta estudiar su degradacioacuten

Las bajas concentraciones en que se encuentran y el

hecho de estar en matrices muy complejas dificulta

su deteccioacuten y cuantificacioacuten

Aplicacioacuten en matrices liquidas y soacutelidas

Matrices liacutequidas

Aguas residuales de hospital

Aguas residuales de la Vila Universitaria

Concentrado de un proceso de membranas

Aguas de un hospital veterinario

Matrices solidas

Lodos de depuradoras urbanas

Lodos de reactor MBR

37 Verlicchi et al J hydrology 2010 also WST 2010

erythromycin (antibiotic)

Iopromide (ICM)

ifosfamide (cytostatic)

Ibuprofen (analgesic)

Glucose

Therapeutic classes contrast media (ICM) heavy metals in a hospital effluentndash Comparison with an urban effluent

Hospital effluent Mean value

Urban effluent Mean value

Degradacioacuten de faacutermacos modelo e identificacioacuten de productos de transformacioacuten en condiciones esteacuteriles

Nos permite demostrar que el hongo es

el responsable de la degradacioacuten

Tratamiento de efluentes reales en condiciones no esteacuteriles Cuantificacioacuten de la eliminacioacuten de faacutermacos y ecotoxicidad

Tratamiento de efluentes por hongos Degradacioacuten de faacutermacos

38

EXPERIMENTOS IN VIVO PARA CUANTIFICAR DEGRADACIOacuteN

EXPERIMENTOS PARA DETERMINAR EL PAPEL DE LOS ENZIMAS

- In vitro Lacasa comercial

- In vivo Inhibidores del citocrom P450 (1-aminobenzotriazole)

ESTUDIO DE LA TOXICIDAD (Microtox regTest )

- Bacteria bioluminescente V ficheri

- EC50 a los 15 min Concentracioacuten que disminuye la luz emitida por la bacteria al 50

- Cuanto mas alta sea la EC50 menor es la toxicidad

ANAgraveLISIS DE FAgraveRMACOS EXTRACCIOacuteN EN FASE SOacuteLIDA i HPLC

IDENTIFICACIOacuteN DE SUBPRODUCTOS Servei RMN-UAB

(Medio + contaminante) (Medio + contaminante+ hongo inactivado)

Adsorcioacuten Degradacioacuten miacutenima

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS INDIVIDUALES

EC50

50

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Control abioacutetico Control inactivado Experimental (Medio + contaminante+hongo activo)

Idaea-CSIC ICRA

Ketoprofeno

Eliminacioacute del 100

Metabolits hidroxilats

Perfil de concentracioacute de subproductes del ketoprofen

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS MODELO

IOPROMIDE degradation in Erlenmeyer flasks by

T versicolor pellets Time course degradation of Iopromide

added at approximately 12 mg L-1 Symbols non-inoculated controls ()

experimental cultures () heat-killed

controls () glucose () and laccase

activity (loz)

62 degradation is

observed after 7days of

exposure and remains

constant until the end of

the experiment

Toxicity by Microtox bioassay

Time EC50 ()

Non-biotic control 2

15min 2

8h 1

1d 43

4d 66

7d 87

12d 110

High toxicity at initial time

(EC50 2) Toxicity decreases

over time

Gros et al 2014 Water Research

Degradacioacuten de farmacos en aguas residuales

en bioreactor

CONDITIONS

Sterile effluent

No sterile

Batch

Continuous

Nutrients addition

Non-nutrients addition

Fluidized bed bioreactors 15

and 10 L

Air pulses

T versicolor in form of pellets

pH (45) and temperature (25ordmC)

control

MONITORING

Pharmaceuticals degradation

Acute toxicity (Microtox)

Laccase glucose etc

101

1-ep

oxyC

BZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Cipro

floxa

cin

50

100

150

200

250

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

Cef

alex

in

Ibup

rofe

n

Aceta

minop

hen

Azitro

micin

1

2

3

4

Ketop

rofe

n

Propr

anolol

Cita

lopr

am

Car

bamaz

epine

Acridon

e

Con

cen

tracioacute

(micro

g L

-1)

000

003

006

009

012

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS (Vila Universitaria de la UAB)

Tratamiento no esteril en batch

Eliminacioacuten completa del 70 de los faacutermacos detectados

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Comparacioacuten de la eliminacioacuten de los faacutermacos por el

hongo versus lodos activados (bibliografia)

Grup Fagravermac Concentracioacute

(microg L-1)

Eliminacioacute estegraveril

()

Eliminacioacute no estegraveril

()

Eliminacioacute per llots activats

() Analgegravesics Acetaminofen 387 100 100 82-99

Ibuprofen 1261 100 100 82-99 Ketoprofen lt048 35 100 lt50 Codeina 002 100 - lt82 Antibiogravetics Azitromicin 431 - 100 lt40

Ciprofloxacin 8471 - 35 50-96 (adsorcioacute) Cefalexin 059 - -51 96 β-blockers Propanolol 006 - 100 59-70 Psiquiatrics Carbamazepina 07 -37 Augmenta lt20 Augmenta

1011- epoxy CBZ 755 100 79 - 2-Hydroxy CBZ 1638 46 100 -

Acridone 101 100 Augmenta - Citalopram 01 100 100 -

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Porcentajes de eliminacioacuten superiores en el tratamiento por hongos

Problema cuantificacioacuten inicial de carbamazepina conjugacioacuten

Ace

tam

inop

hen

Ibup

rofen

Ket

opro

fen

Nap

roxe

n

Salicylic a

cid

Cod

eine

Phe

nazo

ne

Dex

amet

haso

ne

Diclofena

c

Piro

xica

m

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

500

1000

1500

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

50

Tratamiento no esteacuteril Analgeacutesicos

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

46

Cipro

floxa

cin

Oflo

xacin

Clarit

hrom

ycin

Sulfam

etho

xazo

le

Azith

rom

ycin

Met

ronida

zole

Met

ronida

zole-O

H

Trim

etho

prim

Dim

etrid

azole

Ron

idaz

ole

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

35

40

100

150

200

250

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Antibioacuteticos

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

101

1-ep

oxy

CBZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Car

bam

azep

ine

Acr

idon

e

Lora

zepa

m

Cita

lopr

am

Ven

lafaxine

Pra

vast

atin

Olanz

apine

Ser

tralin

e

Fluox

etine

Par

oxet

ine

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

000

025

050

075

100

400800

120016002000

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Faacutermacos de uso psiquiaacutetrico

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Ben

zotri

azole

OP2E

O

Eth

ylpa

rabe

n

Pro

pylpar

aben

BPA

OP

Con

cen

tration

(micro

g L

-1)

0

2

4

6

8

10

20

30

40

50

60

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Compuestos disruptores endocrinos

70 eliminacioacute

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Famiacutelia faacutermacos Tratamiento esteacuteril Tratamiento no esteacuteril

Carga inicial (microg)

Eliminacioacuten ()

Carga inicial (microg)

Eliminacioacute ()

Analgegravesics 1475 180 993 1511 179 988 Antibiogravetics 569 69 861 239 28 908 Cafeiumlna 757 92 79 1490 177 384 EDC 124 15 813 704 84 744 Iopromida 1046 128 755 4197 498 340 Altres fagravermacs 557 68 862 177 21 863 Psiquiagravetrics 3658 447 937 108 13 954 Cantidad total 8185 100 832 8427 100 533

Tratamiento adecuado para degradar faacutermacos en efluents de hospital

Siguiente objetivo Tratamiento en continuo de efluentes

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Fungal inoculated (I)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Non-inoculated (NI)

Non-sterile continuous

treatments of real effluents

VHW treatment

(

) Glucose concentration

(

) COD

(

) Laccase activity

(darr) Fungal biomass partial renovation

(mdash) Glucose addition rate

2 HRT studied

Decrease in laccase activity even with partial biomass renovation

Fungal inoculated (I)

Casas et al 2013 Env Technol 34 113

Glucose 026 g g DCW d

Ammonium 12 mg g DCW d

No glucose accumulation

Need for nutrients

Previous studies in synthetic

media and sterile conditions

CRT

Blaacutenquez et al 2006 Water Res 40 1650

CRT 21 days

13 biomass renovation every 7 days

CRT of 15 days

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Que es lo que sucede

Se muere el hongo aunque estamos renovando la

biomasa no hay suficiente hongo

No hay degradacioacuten

52

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

VHW treatment (2)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

NH4+ addition

PhACs removal

Fungal inoculated (I)

Non-inoculated (NI)

(

) Wastewater (Influent)

(

) Reactor effluent

The analyses have

been performed by

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Microbial community assessment (DGGE)

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Time

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Trametes versicolor

Candida spp

Fusarium solani

Unknown

T versicolor survived until the end of the treatment

laccase activity is not a good indicator

ESCENARIOS DE GESTIOacuteN DE EFLUENTES DE HOSPITAL

EDAR

No eliminacioacuten

de faacutermacos

Dilucioacuten en

el efluente

urbano

Aguas

urbanas

Fong

No eliminacioacuten

de DQO

Hongo Aguas

urbanas

EDAR

HOSPITAL

Srsquoha comprovat la capacitat de T versicolor per degradar fagravermacs

Badiacutea-Fabregat et al 2014 Rodriacuteguez-Rodriacuteguez et al 2014 Cruz-Moratoacute et al 2013

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Inconvenients al tractament drsquo

aiguumles drsquohospitals reals

- Necessitat drsquoaddicionar nutrients - Competegravencia amb bacteris

Possibles solucions Estrategravegies

- Pretractament de lrsquoefluent - Altres configuracions de reactors - Canvi en la font de carboni

Posada a punt del sistema TRH Relacioacute QRQL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

1 2 3

4

5

6

7

1 Tanc drsquoalimentacioacute 2 Tanc de mescla 3 Tanc drsquoeluents de

sortida 4 Bomba de recirculacioacute 5 Bioreactor 6 Entrada drsquoaire 7 Controlador de pH

TRH 3d

QL

QR

QL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

Desenvolupament processos

Efluent hospital

real (HWW)

Aiguumles residuals urbanes

(UWW)

Trametes versicolor

T versicolor crescut sobre fusta

Filtre percolador amb T versicolor crescut sobre fusta

Microalgues Degradacioacute a

escala Erlenmeyer Fotobioreactor FBR

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 13: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

Las aguas procedentes de la industria textil se caracterizan

Hoy en diacutea auacuten no se ha desarrollado un tratamiento bioloacutegico universal de depuracioacuten de aguas residuales textiles

Variedad de colorantes utilizados

Los colorantes son estructuras complejas poco biodegradables y muy estables

El estudio de nuevos tratamientos bioloacutegicos para estos efluentes es una opcioacuten interesante

En las EDAR los colorantes se adsorben sobre la biomasa causando problemas

LA INDUSTRIA TEXTIL y SU PROBLEMAacuteTICA AMBIENTAL

HONGOS

En los experimentos realizados se han conseguido rendimientos

de eliminacioacuten del color de hasta el 90

iquestCual es el mecanismo de eliminacioacuten del

colorante

bull bioadsorcioacuten

bull biotransformacioacuten

t inicial t final

Pelets de T versicolor + colorante Gris Lanaset G Tratamiento en discontinuo

Se ha determinado la capacidad del hongo ligninoliacutetico para degradar el colorante Gris Lanaset G (Mezcla de colorantes metaacutelicos de estructura y composicioacuten no disponible)

Biomass

Cr-dye +

Cr free

Cr-dye +

Cr free

Metal

desorption

FINAL

Cr-dye

Cr-dye +

Cr free

STEP2

Dye in biomass

Cr-dye

INITIAL

t= 0 h

Dye adsorbed

Cr-dye

Cr-dye

degradation

STEP 1

t= 1 ht= 45 d

S

O

L

I

D

P

H

A

S

E

L

I

Q

U

I

D

P

H

A

S

E

Dye

Dye

Dye

adsorption

Dye

Biomass

Cr-dye +

Cr free

Cr-dye +

Cr free

Metal

desorption

FINAL

Cr-dye

Cr-dye +

Cr free

STEP2

Dye in biomass

Cr-dye

INITIAL

t= 0 h

Dye adsorbed

Cr-dye

Cr-dye

degradation

STEP 1

t= 1 ht= 45 d

S

O

L

I

D

P

H

A

S

E

L

I

Q

U

I

D

P

H

A

S

E

Dye

Dye

Dye

adsorption

Dye

MECANISMO DE DEGRADACIOacuteN DEL COLOR

Mecanismo de degradacioacuten de colorantes por

los hongos ligninoliacuteticos

1ra etapa adsorcioacuten en la biomasa del hongo

2ordf etapa degradacioacuten intracelular

En este caso gracias al metal podemos demostrar que la

degradacioacuten tiene lugar en el interior del hongo o al menos parte

de ella

Cual es el papel del enzima extracelular

es la enzima extracelular que estamos midiendo (lacasa) la

responsable de la degradacioacuten

TRATAMIENTO COLORANTE GRIS LANASET G

DEGRADACIOacuteN DEL COLORANTE GRIS LANASET G CON TRAMETES VERSICOLOR

Medida de la enzima lacasa intracelular y extracelular

98 de eliminacioacuten de color a las 75 h

(57 debido a la adsorcioacuten Killed control)

Medio inicial (A) y final (B) del tratamiento

Peacutelets antes (B) y despueacutes del tratamiento (C) y peacutelets tentildeidos con colorante a t=1h (A)

Tiempo (h)

0 50 100 150 200 250 300

Lacasa e

xtr

acelu

lar

tota

l (U

A)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

Lacasa intr

acelu

lar

tota

l (U

A)

0

40

80

120

160

200

240

280

Conc

colo

rante

(gl)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Conc

glu

cosa (

gl)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Activitat extracelular

Activitat intracelular

Colorante

Glucosa

Glu

cosa

(g

l)

Co

lora

nte

(m

gl)

DEGRADACIOacuteN DE COLORANTES TEXTILES

Antes de las 24h deteccioacuten de lacasa intracelular

Si la enzima lacasa es la responsable de la degradacion

Porque utilizar microorganismos y no enzimas

Es mas facil trabajar con enzimas que con

microorganismos

Se puede utilizar la dosis de enzima necesaria

Perohellip

Un unico enzima puede degradar todos los colorantes en un efluente

Los enzimas hasta donde llegan Degradantransformanmineralizan

Un unico enzima puede hacer lo mismo que un microorganismo que es

multienzimaacutetico

APLICACIOacuteN DEL PROCESO DE DECOLORACIOacuteN A DIFERENTES COLORANTES

RESULTADOS DE DEGRADACIOacuteN DE LOS COLORANTES AacuteCIDOS

Colorante Lanasyn Grey

(Azo complejo metaacutelico)

Alizarin Red S

(Antraquinoacutenico)

Acid Fuchsin

(Triarilmetano)

Decoloracioacuten 796 938 9998

Reduccioacuten Toxicidad 12 12 19

O

N

NH

C OEt

O

N

S

O

MeO

O

C

O

OEt

NH R

H+

Cr3+

N

N

R

OO

S O

O

Me

O

O

OH

SO3Na

NH2

SO3

C

H3C

H2N

NaO3S

NH2

SO3Na

DEGRADACIOacuteN DE COLORANTES TEXTILES

ESTUDI DEL PROCEacuteS DEGRADACIOacute DE COLORANTS TEgraveXTILS AMB EL FONG Trametes versicolor

COLORANT Trametes versicolor ENZIM 1210 UL

Nom comuacute Classificacioacute quiacutemica Decoloracioacute

24 i 100 h

Decoloracioacute

24h

Acid Fuchsin Trifenilmetagrave 98-99 28

Acid Green 16 Trifenilmetagrave 90-99 60 gt

24h

Alizarin Red S Antraquinogravenic 92-94 84

Amino Black 10 Diazo 96-99 93

Azocarmine B Quinoneimine 90-99 84

Basic Fuchsin Trifenilmetagrave 12-40 18

Brilliant Green 1 Trifenilmetagrave 55-93 90

Brilliant Green 20 Trifenilmetagrave 76-78 90

Burdeos Lanset B (mescla) 83-88 67

Gris Lanaset G (mescla) 92-98 35

Pardo Lanaset B (mescla) 64-81 60

Lanasyn Grey G Metagravelmiddotlic azoic 72-87 49

Methylene Blue Tiazina 14-28 37

Naphtol Yellow S Nitro 8-50-92 (240h) 0

Orange G Azo 97-99 87

Desactivacioacute enzimagravetica

DEGRADACIOacute DE COLORANTS comparacioacute fong vs enzim lacasa

Biodegradacioacute drsquoaltres famiacutelies de colorants

2D Graph 3

Tems (h)

0 20 40 60 80 100 120

Co

nc

en

tra

cioacute

co

lor

(mg

L)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Ac

tivit

at

(UL

)

0

20

40

60

80

100

120

140

Temps GLG (h) vs GLG (mgl)

Temps OG (h) vs OG (mgl)

Temps AF (h) vs AF (mgl)

Temps GLG-2 (h) vs GLG-2 (mgl)

Temps GLG (h) vs Activitat GLG (UA)

Temps OG (h) vs Activitat OG (UA)

Temps ARS (h) vs Activitat ARS (UA)

Temps GLG-2 (h) vs Activitat GLG-2 (UA) Temps ARS (h) vs ASR (mgl)

Temps AF (h) vs Activitat AF (UA)

DISCONTINUS REPETITS 24 hores

Gris Lanaset G co = 1556 mgL 946 decol

Orange G co = 1509 mgL 974 decol

Alizarin Red S co = 1425 mgL 874 decol

Acid Fuchsin co = 1370 mgL 982 decol

Gris Lanaset G co = 732 mgL 776 decol

Productes de degradacioacute del metabolisme del

fong per diferents famiacutelies de colorants

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 ppmLongitud dona (nm)

350 400 450 500 550 600 650

Absorb

agravencia

00

02

04

06

08

10

Temps 0 min

Temps 8 min

Temps 30 min

Temps 60 min

Temps 2h

Temps 4h

Temps 24h

0 min

4 h

24 h

60 min

2 h

30 min

8 min

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

Brilliant Green 1

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

NH(CH2CH3)2 + +

EL FONG EacuteS CAPACcedil DE DEGRADAR AgraveCID BENZOIC en 24 hores

H-RMN en liacutenea

Orange G

NH2CH2N

NH2

No subproductes

Acid Fuchsin

WRF

Citocromo P450

2 Lacasas

Lignina peroxidasa

Peroxidasa versaacutetil

MnP

1 Pero

xidasas

Enzimas modificadoras de lignina

Trametes versicolor

Enzimas extracelulares Enzimas intracelulares

Hidroxilacioacuten

Epoxidacioacuten

Reduccioacuten Desalquilacioacuten

Oxigenacioacuten

Ruptura C-C

Desmetilacioacuten

Hidroxilacioacuten Dipolimerizacioacuten fenoles

Oxidacioacuten alcoholes

El mecanismo de degradacioacuten de algunos contaminantes no esta ligado a la produccioacuten de los enzimas extracelulares sino al sistema intracelular Cytocromo P450 monooxigenasa

Identificacioacuten gen cyt P450 en P chrysosporium 1997 y en T versicolor 2002

Objetivo desarrollo de proceso

Reactor fludizado por pulsos de aire

Fong en forma de pegravelmiddotlets Biomassa fluiumlditzada per polsos drsquoaire Tordf ograveptima fong 25ordmC pH ograveptim fong 45 Nutrients (CN) y micronutrients Avaluacioacute activitat fuacutengica enzim lacasa Condicions esterils

Temps (d)

0 5 10 15 20

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Laca

sa (

UA

l)

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

Reducc

ioacute d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Glucosa

Lacasa

Reduccioacute de color

TRH (h)

0 20 40 60 80 100 120

mg G

LG e

limin

ats

lmiddoth

0

5

10

15

20

25

30

Experimental

Normativa

Efecte del TRH

TRH 48 h

Temps (d)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Laca

sa (

UA

l)

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

Reducc

ioacute d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Glucosa

Lacasa

Reduccioacute de color

0

20

40

60

80

100

0 7 14 21 28 35 42 49 56 63P

erc

en

tatg

e d

e b

iom

as

sa

()

Temps (d)

gt42 dies

35 dies

28 dies

21 dies

14 dies

7 dies

0 dies

Estrategravegia purga i renovacioacute 13 de la

biomassa cada 7 dies

TRC 21 dies

decoloracions gt 90

distribucioacute drsquoedats constant

82 biomassa amb lt28 dies

Pegraverdua morfologiacutea dels pegravelmiddotlets lisis celmiddotlular

Tiempo (d)0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Laca

sa (

UA

l)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

Reducc

ioacuten d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

10068 525 59 72 4848

- Renovar la biomassa - Ni macro ni micronutrients - Glucosa qualitat industrial - Colorant no estegraveril

Formulacioacute del medi de cultiu

Seleccioacute del bioreactor

Escalat

Escalat de la produccioacute de biomassa

Produccioacute de pegravelmiddotlets clagravessica

Coll drsquoampolla

Cost medi (extracte de malta)

Limitacioacute en la produccioacute a escala Erlenmeyer

Objectius

Morfologia en forma de pelmiddotlets

Mida plusmn 3mm

Pasos experimentals

40 x

Biomassa gt 3 g DCWmiddotl-1

Morfologia adequada

280

598 0

50

100

150

200

250

300

Malt extract Defined medium

Co

st (

euromiddotK

g-1) Reduccioacute de cost 98

Escalat de la produccioacute de biomassa

La enzima lacasa es uno de los principales

catalizadores de la biodegradacioacuten pero no el uacutenico

responsable

El hongo degrada casi todos los colorantes

(algunos si estan en concentraciones subtoacutexicas)

La monitorizacioacuten de la produccioacuten enzimaacutetica y

consumo de glucosa son buenos indicadores de la

actividad metaboacutelica del hongo hay que

suministrar nutrientes para mantener la actividad

enzimaacutetica

El hongo puede degradar metabolitos resultantes

de la degradacioacuten que el enzima lacasa no puede

degradar

Algunas conclusiones

Porque utilizar microorganismos y no enzimas

si es mucho mas facil dosificar enzimas

los efluentes a tratar (liacutequidos o soacutelidos) contienen

una mezcla muy compleja de contaminantes no

podemos optimizar ni el enzima ni las condiciones

es difiacutecil que un enzima pueda degradar todos los

contaminantes presentes

en muchos casos los enzimas solo realizan un paso

de la transformacioacuten y se pueden formar TPs toacutexicos

o no biodegradables

el microorganismo es un sistema multienzimaacutetico

2010 20151985 1990 1995 2000 2005

Cronograma de los trabajos publicados en relacioacuten a biodegradacioacuten de contaminantes por hongos en medio liacutequido

Contaminantes emergentes

Pesticidas (DDT amp DDE)

PCBs HAPs Disolventes clorados

AR de produccioacuten Aceite de oliva

AR de la induacutestria del papel

Retardantes de llama (Bromados)

Faacutermacos

Filtros solares UV

Deteccioacuten faacutermacos en medio ambient

Colorantes sinteacuteticos Explosivos

TNT y nitroglicerina

AR de la industria textil

ASPECTOS GENERALES

A que se llama contaminantes emergentes

Productos considerados contaminantes actualmente pero no en el pasado presentes de forma constante en el medio ambiente a bajas concentraciones provocando problemas en el ecosistema y pendientes de ser regulados en un futuro proacuteximo

Entre ellos se incluyen los faacutermacos drogas de abuso productos asociados a la higiene y cuidado corporal retardantes de llama plaguicidashellip Caracteriacutesticas

alto consumo acumulacioacuten en el medio y organismos potencial disruptor endocrino toxicidadhellip

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

EDAR

Mezcla de ldquocontaminantes emergentesrdquo

metabolitos

substancias conjugadas

EXCRECIOacuteNVERTIDO

Retenidos en los lodos

inalterados

transformados

Mineralizados

Transformados

Inalterados

Presencia en aguas subterraneas superficiales y

sedimentos

Presencia en suelos

efluente

influente

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

bull 2005 la mayoriacutea de estudios realizados se centran en ndash Puesta a punto de meacutetodos analiacuteticos

ndash Deteccioacuten en aguas superficiales y subterraacuteneas

ndash Deteccioacuten en sistemas de tratamiento convencionales (EDARs)

ndash Deteccioacuten en efluentes de hospitales

bull Algunos estudios de degradacioacuten por bacterias en efluentes

bull Escasos (ninguno) estudios de degradacioacuten en lodos

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

HONGOS

Cual es el principal problema que presenta estudiar su degradacioacuten

Las bajas concentraciones en que se encuentran y el

hecho de estar en matrices muy complejas dificulta

su deteccioacuten y cuantificacioacuten

Aplicacioacuten en matrices liquidas y soacutelidas

Matrices liacutequidas

Aguas residuales de hospital

Aguas residuales de la Vila Universitaria

Concentrado de un proceso de membranas

Aguas de un hospital veterinario

Matrices solidas

Lodos de depuradoras urbanas

Lodos de reactor MBR

37 Verlicchi et al J hydrology 2010 also WST 2010

erythromycin (antibiotic)

Iopromide (ICM)

ifosfamide (cytostatic)

Ibuprofen (analgesic)

Glucose

Therapeutic classes contrast media (ICM) heavy metals in a hospital effluentndash Comparison with an urban effluent

Hospital effluent Mean value

Urban effluent Mean value

Degradacioacuten de faacutermacos modelo e identificacioacuten de productos de transformacioacuten en condiciones esteacuteriles

Nos permite demostrar que el hongo es

el responsable de la degradacioacuten

Tratamiento de efluentes reales en condiciones no esteacuteriles Cuantificacioacuten de la eliminacioacuten de faacutermacos y ecotoxicidad

Tratamiento de efluentes por hongos Degradacioacuten de faacutermacos

38

EXPERIMENTOS IN VIVO PARA CUANTIFICAR DEGRADACIOacuteN

EXPERIMENTOS PARA DETERMINAR EL PAPEL DE LOS ENZIMAS

- In vitro Lacasa comercial

- In vivo Inhibidores del citocrom P450 (1-aminobenzotriazole)

ESTUDIO DE LA TOXICIDAD (Microtox regTest )

- Bacteria bioluminescente V ficheri

- EC50 a los 15 min Concentracioacuten que disminuye la luz emitida por la bacteria al 50

- Cuanto mas alta sea la EC50 menor es la toxicidad

ANAgraveLISIS DE FAgraveRMACOS EXTRACCIOacuteN EN FASE SOacuteLIDA i HPLC

IDENTIFICACIOacuteN DE SUBPRODUCTOS Servei RMN-UAB

(Medio + contaminante) (Medio + contaminante+ hongo inactivado)

Adsorcioacuten Degradacioacuten miacutenima

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS INDIVIDUALES

EC50

50

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Control abioacutetico Control inactivado Experimental (Medio + contaminante+hongo activo)

Idaea-CSIC ICRA

Ketoprofeno

Eliminacioacute del 100

Metabolits hidroxilats

Perfil de concentracioacute de subproductes del ketoprofen

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS MODELO

IOPROMIDE degradation in Erlenmeyer flasks by

T versicolor pellets Time course degradation of Iopromide

added at approximately 12 mg L-1 Symbols non-inoculated controls ()

experimental cultures () heat-killed

controls () glucose () and laccase

activity (loz)

62 degradation is

observed after 7days of

exposure and remains

constant until the end of

the experiment

Toxicity by Microtox bioassay

Time EC50 ()

Non-biotic control 2

15min 2

8h 1

1d 43

4d 66

7d 87

12d 110

High toxicity at initial time

(EC50 2) Toxicity decreases

over time

Gros et al 2014 Water Research

Degradacioacuten de farmacos en aguas residuales

en bioreactor

CONDITIONS

Sterile effluent

No sterile

Batch

Continuous

Nutrients addition

Non-nutrients addition

Fluidized bed bioreactors 15

and 10 L

Air pulses

T versicolor in form of pellets

pH (45) and temperature (25ordmC)

control

MONITORING

Pharmaceuticals degradation

Acute toxicity (Microtox)

Laccase glucose etc

101

1-ep

oxyC

BZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Cipro

floxa

cin

50

100

150

200

250

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

Cef

alex

in

Ibup

rofe

n

Aceta

minop

hen

Azitro

micin

1

2

3

4

Ketop

rofe

n

Propr

anolol

Cita

lopr

am

Car

bamaz

epine

Acridon

e

Con

cen

tracioacute

(micro

g L

-1)

000

003

006

009

012

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS (Vila Universitaria de la UAB)

Tratamiento no esteril en batch

Eliminacioacuten completa del 70 de los faacutermacos detectados

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Comparacioacuten de la eliminacioacuten de los faacutermacos por el

hongo versus lodos activados (bibliografia)

Grup Fagravermac Concentracioacute

(microg L-1)

Eliminacioacute estegraveril

()

Eliminacioacute no estegraveril

()

Eliminacioacute per llots activats

() Analgegravesics Acetaminofen 387 100 100 82-99

Ibuprofen 1261 100 100 82-99 Ketoprofen lt048 35 100 lt50 Codeina 002 100 - lt82 Antibiogravetics Azitromicin 431 - 100 lt40

Ciprofloxacin 8471 - 35 50-96 (adsorcioacute) Cefalexin 059 - -51 96 β-blockers Propanolol 006 - 100 59-70 Psiquiatrics Carbamazepina 07 -37 Augmenta lt20 Augmenta

1011- epoxy CBZ 755 100 79 - 2-Hydroxy CBZ 1638 46 100 -

Acridone 101 100 Augmenta - Citalopram 01 100 100 -

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Porcentajes de eliminacioacuten superiores en el tratamiento por hongos

Problema cuantificacioacuten inicial de carbamazepina conjugacioacuten

Ace

tam

inop

hen

Ibup

rofen

Ket

opro

fen

Nap

roxe

n

Salicylic a

cid

Cod

eine

Phe

nazo

ne

Dex

amet

haso

ne

Diclofena

c

Piro

xica

m

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

500

1000

1500

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

50

Tratamiento no esteacuteril Analgeacutesicos

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

46

Cipro

floxa

cin

Oflo

xacin

Clarit

hrom

ycin

Sulfam

etho

xazo

le

Azith

rom

ycin

Met

ronida

zole

Met

ronida

zole-O

H

Trim

etho

prim

Dim

etrid

azole

Ron

idaz

ole

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

35

40

100

150

200

250

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Antibioacuteticos

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

101

1-ep

oxy

CBZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Car

bam

azep

ine

Acr

idon

e

Lora

zepa

m

Cita

lopr

am

Ven

lafaxine

Pra

vast

atin

Olanz

apine

Ser

tralin

e

Fluox

etine

Par

oxet

ine

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

000

025

050

075

100

400800

120016002000

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Faacutermacos de uso psiquiaacutetrico

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Ben

zotri

azole

OP2E

O

Eth

ylpa

rabe

n

Pro

pylpar

aben

BPA

OP

Con

cen

tration

(micro

g L

-1)

0

2

4

6

8

10

20

30

40

50

60

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Compuestos disruptores endocrinos

70 eliminacioacute

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Famiacutelia faacutermacos Tratamiento esteacuteril Tratamiento no esteacuteril

Carga inicial (microg)

Eliminacioacuten ()

Carga inicial (microg)

Eliminacioacute ()

Analgegravesics 1475 180 993 1511 179 988 Antibiogravetics 569 69 861 239 28 908 Cafeiumlna 757 92 79 1490 177 384 EDC 124 15 813 704 84 744 Iopromida 1046 128 755 4197 498 340 Altres fagravermacs 557 68 862 177 21 863 Psiquiagravetrics 3658 447 937 108 13 954 Cantidad total 8185 100 832 8427 100 533

Tratamiento adecuado para degradar faacutermacos en efluents de hospital

Siguiente objetivo Tratamiento en continuo de efluentes

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Fungal inoculated (I)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Non-inoculated (NI)

Non-sterile continuous

treatments of real effluents

VHW treatment

(

) Glucose concentration

(

) COD

(

) Laccase activity

(darr) Fungal biomass partial renovation

(mdash) Glucose addition rate

2 HRT studied

Decrease in laccase activity even with partial biomass renovation

Fungal inoculated (I)

Casas et al 2013 Env Technol 34 113

Glucose 026 g g DCW d

Ammonium 12 mg g DCW d

No glucose accumulation

Need for nutrients

Previous studies in synthetic

media and sterile conditions

CRT

Blaacutenquez et al 2006 Water Res 40 1650

CRT 21 days

13 biomass renovation every 7 days

CRT of 15 days

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Que es lo que sucede

Se muere el hongo aunque estamos renovando la

biomasa no hay suficiente hongo

No hay degradacioacuten

52

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

VHW treatment (2)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

NH4+ addition

PhACs removal

Fungal inoculated (I)

Non-inoculated (NI)

(

) Wastewater (Influent)

(

) Reactor effluent

The analyses have

been performed by

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Microbial community assessment (DGGE)

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Time

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Trametes versicolor

Candida spp

Fusarium solani

Unknown

T versicolor survived until the end of the treatment

laccase activity is not a good indicator

ESCENARIOS DE GESTIOacuteN DE EFLUENTES DE HOSPITAL

EDAR

No eliminacioacuten

de faacutermacos

Dilucioacuten en

el efluente

urbano

Aguas

urbanas

Fong

No eliminacioacuten

de DQO

Hongo Aguas

urbanas

EDAR

HOSPITAL

Srsquoha comprovat la capacitat de T versicolor per degradar fagravermacs

Badiacutea-Fabregat et al 2014 Rodriacuteguez-Rodriacuteguez et al 2014 Cruz-Moratoacute et al 2013

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Inconvenients al tractament drsquo

aiguumles drsquohospitals reals

- Necessitat drsquoaddicionar nutrients - Competegravencia amb bacteris

Possibles solucions Estrategravegies

- Pretractament de lrsquoefluent - Altres configuracions de reactors - Canvi en la font de carboni

Posada a punt del sistema TRH Relacioacute QRQL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

1 2 3

4

5

6

7

1 Tanc drsquoalimentacioacute 2 Tanc de mescla 3 Tanc drsquoeluents de

sortida 4 Bomba de recirculacioacute 5 Bioreactor 6 Entrada drsquoaire 7 Controlador de pH

TRH 3d

QL

QR

QL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

Desenvolupament processos

Efluent hospital

real (HWW)

Aiguumles residuals urbanes

(UWW)

Trametes versicolor

T versicolor crescut sobre fusta

Filtre percolador amb T versicolor crescut sobre fusta

Microalgues Degradacioacute a

escala Erlenmeyer Fotobioreactor FBR

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 14: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

En los experimentos realizados se han conseguido rendimientos

de eliminacioacuten del color de hasta el 90

iquestCual es el mecanismo de eliminacioacuten del

colorante

bull bioadsorcioacuten

bull biotransformacioacuten

t inicial t final

Pelets de T versicolor + colorante Gris Lanaset G Tratamiento en discontinuo

Se ha determinado la capacidad del hongo ligninoliacutetico para degradar el colorante Gris Lanaset G (Mezcla de colorantes metaacutelicos de estructura y composicioacuten no disponible)

Biomass

Cr-dye +

Cr free

Cr-dye +

Cr free

Metal

desorption

FINAL

Cr-dye

Cr-dye +

Cr free

STEP2

Dye in biomass

Cr-dye

INITIAL

t= 0 h

Dye adsorbed

Cr-dye

Cr-dye

degradation

STEP 1

t= 1 ht= 45 d

S

O

L

I

D

P

H

A

S

E

L

I

Q

U

I

D

P

H

A

S

E

Dye

Dye

Dye

adsorption

Dye

Biomass

Cr-dye +

Cr free

Cr-dye +

Cr free

Metal

desorption

FINAL

Cr-dye

Cr-dye +

Cr free

STEP2

Dye in biomass

Cr-dye

INITIAL

t= 0 h

Dye adsorbed

Cr-dye

Cr-dye

degradation

STEP 1

t= 1 ht= 45 d

S

O

L

I

D

P

H

A

S

E

L

I

Q

U

I

D

P

H

A

S

E

Dye

Dye

Dye

adsorption

Dye

MECANISMO DE DEGRADACIOacuteN DEL COLOR

Mecanismo de degradacioacuten de colorantes por

los hongos ligninoliacuteticos

1ra etapa adsorcioacuten en la biomasa del hongo

2ordf etapa degradacioacuten intracelular

En este caso gracias al metal podemos demostrar que la

degradacioacuten tiene lugar en el interior del hongo o al menos parte

de ella

Cual es el papel del enzima extracelular

es la enzima extracelular que estamos midiendo (lacasa) la

responsable de la degradacioacuten

TRATAMIENTO COLORANTE GRIS LANASET G

DEGRADACIOacuteN DEL COLORANTE GRIS LANASET G CON TRAMETES VERSICOLOR

Medida de la enzima lacasa intracelular y extracelular

98 de eliminacioacuten de color a las 75 h

(57 debido a la adsorcioacuten Killed control)

Medio inicial (A) y final (B) del tratamiento

Peacutelets antes (B) y despueacutes del tratamiento (C) y peacutelets tentildeidos con colorante a t=1h (A)

Tiempo (h)

0 50 100 150 200 250 300

Lacasa e

xtr

acelu

lar

tota

l (U

A)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

Lacasa intr

acelu

lar

tota

l (U

A)

0

40

80

120

160

200

240

280

Conc

colo

rante

(gl)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Conc

glu

cosa (

gl)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Activitat extracelular

Activitat intracelular

Colorante

Glucosa

Glu

cosa

(g

l)

Co

lora

nte

(m

gl)

DEGRADACIOacuteN DE COLORANTES TEXTILES

Antes de las 24h deteccioacuten de lacasa intracelular

Si la enzima lacasa es la responsable de la degradacion

Porque utilizar microorganismos y no enzimas

Es mas facil trabajar con enzimas que con

microorganismos

Se puede utilizar la dosis de enzima necesaria

Perohellip

Un unico enzima puede degradar todos los colorantes en un efluente

Los enzimas hasta donde llegan Degradantransformanmineralizan

Un unico enzima puede hacer lo mismo que un microorganismo que es

multienzimaacutetico

APLICACIOacuteN DEL PROCESO DE DECOLORACIOacuteN A DIFERENTES COLORANTES

RESULTADOS DE DEGRADACIOacuteN DE LOS COLORANTES AacuteCIDOS

Colorante Lanasyn Grey

(Azo complejo metaacutelico)

Alizarin Red S

(Antraquinoacutenico)

Acid Fuchsin

(Triarilmetano)

Decoloracioacuten 796 938 9998

Reduccioacuten Toxicidad 12 12 19

O

N

NH

C OEt

O

N

S

O

MeO

O

C

O

OEt

NH R

H+

Cr3+

N

N

R

OO

S O

O

Me

O

O

OH

SO3Na

NH2

SO3

C

H3C

H2N

NaO3S

NH2

SO3Na

DEGRADACIOacuteN DE COLORANTES TEXTILES

ESTUDI DEL PROCEacuteS DEGRADACIOacute DE COLORANTS TEgraveXTILS AMB EL FONG Trametes versicolor

COLORANT Trametes versicolor ENZIM 1210 UL

Nom comuacute Classificacioacute quiacutemica Decoloracioacute

24 i 100 h

Decoloracioacute

24h

Acid Fuchsin Trifenilmetagrave 98-99 28

Acid Green 16 Trifenilmetagrave 90-99 60 gt

24h

Alizarin Red S Antraquinogravenic 92-94 84

Amino Black 10 Diazo 96-99 93

Azocarmine B Quinoneimine 90-99 84

Basic Fuchsin Trifenilmetagrave 12-40 18

Brilliant Green 1 Trifenilmetagrave 55-93 90

Brilliant Green 20 Trifenilmetagrave 76-78 90

Burdeos Lanset B (mescla) 83-88 67

Gris Lanaset G (mescla) 92-98 35

Pardo Lanaset B (mescla) 64-81 60

Lanasyn Grey G Metagravelmiddotlic azoic 72-87 49

Methylene Blue Tiazina 14-28 37

Naphtol Yellow S Nitro 8-50-92 (240h) 0

Orange G Azo 97-99 87

Desactivacioacute enzimagravetica

DEGRADACIOacute DE COLORANTS comparacioacute fong vs enzim lacasa

Biodegradacioacute drsquoaltres famiacutelies de colorants

2D Graph 3

Tems (h)

0 20 40 60 80 100 120

Co

nc

en

tra

cioacute

co

lor

(mg

L)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Ac

tivit

at

(UL

)

0

20

40

60

80

100

120

140

Temps GLG (h) vs GLG (mgl)

Temps OG (h) vs OG (mgl)

Temps AF (h) vs AF (mgl)

Temps GLG-2 (h) vs GLG-2 (mgl)

Temps GLG (h) vs Activitat GLG (UA)

Temps OG (h) vs Activitat OG (UA)

Temps ARS (h) vs Activitat ARS (UA)

Temps GLG-2 (h) vs Activitat GLG-2 (UA) Temps ARS (h) vs ASR (mgl)

Temps AF (h) vs Activitat AF (UA)

DISCONTINUS REPETITS 24 hores

Gris Lanaset G co = 1556 mgL 946 decol

Orange G co = 1509 mgL 974 decol

Alizarin Red S co = 1425 mgL 874 decol

Acid Fuchsin co = 1370 mgL 982 decol

Gris Lanaset G co = 732 mgL 776 decol

Productes de degradacioacute del metabolisme del

fong per diferents famiacutelies de colorants

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 ppmLongitud dona (nm)

350 400 450 500 550 600 650

Absorb

agravencia

00

02

04

06

08

10

Temps 0 min

Temps 8 min

Temps 30 min

Temps 60 min

Temps 2h

Temps 4h

Temps 24h

0 min

4 h

24 h

60 min

2 h

30 min

8 min

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

Brilliant Green 1

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

NH(CH2CH3)2 + +

EL FONG EacuteS CAPACcedil DE DEGRADAR AgraveCID BENZOIC en 24 hores

H-RMN en liacutenea

Orange G

NH2CH2N

NH2

No subproductes

Acid Fuchsin

WRF

Citocromo P450

2 Lacasas

Lignina peroxidasa

Peroxidasa versaacutetil

MnP

1 Pero

xidasas

Enzimas modificadoras de lignina

Trametes versicolor

Enzimas extracelulares Enzimas intracelulares

Hidroxilacioacuten

Epoxidacioacuten

Reduccioacuten Desalquilacioacuten

Oxigenacioacuten

Ruptura C-C

Desmetilacioacuten

Hidroxilacioacuten Dipolimerizacioacuten fenoles

Oxidacioacuten alcoholes

El mecanismo de degradacioacuten de algunos contaminantes no esta ligado a la produccioacuten de los enzimas extracelulares sino al sistema intracelular Cytocromo P450 monooxigenasa

Identificacioacuten gen cyt P450 en P chrysosporium 1997 y en T versicolor 2002

Objetivo desarrollo de proceso

Reactor fludizado por pulsos de aire

Fong en forma de pegravelmiddotlets Biomassa fluiumlditzada per polsos drsquoaire Tordf ograveptima fong 25ordmC pH ograveptim fong 45 Nutrients (CN) y micronutrients Avaluacioacute activitat fuacutengica enzim lacasa Condicions esterils

Temps (d)

0 5 10 15 20

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Laca

sa (

UA

l)

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

Reducc

ioacute d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Glucosa

Lacasa

Reduccioacute de color

TRH (h)

0 20 40 60 80 100 120

mg G

LG e

limin

ats

lmiddoth

0

5

10

15

20

25

30

Experimental

Normativa

Efecte del TRH

TRH 48 h

Temps (d)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Laca

sa (

UA

l)

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

Reducc

ioacute d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Glucosa

Lacasa

Reduccioacute de color

0

20

40

60

80

100

0 7 14 21 28 35 42 49 56 63P

erc

en

tatg

e d

e b

iom

as

sa

()

Temps (d)

gt42 dies

35 dies

28 dies

21 dies

14 dies

7 dies

0 dies

Estrategravegia purga i renovacioacute 13 de la

biomassa cada 7 dies

TRC 21 dies

decoloracions gt 90

distribucioacute drsquoedats constant

82 biomassa amb lt28 dies

Pegraverdua morfologiacutea dels pegravelmiddotlets lisis celmiddotlular

Tiempo (d)0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Laca

sa (

UA

l)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

Reducc

ioacuten d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

10068 525 59 72 4848

- Renovar la biomassa - Ni macro ni micronutrients - Glucosa qualitat industrial - Colorant no estegraveril

Formulacioacute del medi de cultiu

Seleccioacute del bioreactor

Escalat

Escalat de la produccioacute de biomassa

Produccioacute de pegravelmiddotlets clagravessica

Coll drsquoampolla

Cost medi (extracte de malta)

Limitacioacute en la produccioacute a escala Erlenmeyer

Objectius

Morfologia en forma de pelmiddotlets

Mida plusmn 3mm

Pasos experimentals

40 x

Biomassa gt 3 g DCWmiddotl-1

Morfologia adequada

280

598 0

50

100

150

200

250

300

Malt extract Defined medium

Co

st (

euromiddotK

g-1) Reduccioacute de cost 98

Escalat de la produccioacute de biomassa

La enzima lacasa es uno de los principales

catalizadores de la biodegradacioacuten pero no el uacutenico

responsable

El hongo degrada casi todos los colorantes

(algunos si estan en concentraciones subtoacutexicas)

La monitorizacioacuten de la produccioacuten enzimaacutetica y

consumo de glucosa son buenos indicadores de la

actividad metaboacutelica del hongo hay que

suministrar nutrientes para mantener la actividad

enzimaacutetica

El hongo puede degradar metabolitos resultantes

de la degradacioacuten que el enzima lacasa no puede

degradar

Algunas conclusiones

Porque utilizar microorganismos y no enzimas

si es mucho mas facil dosificar enzimas

los efluentes a tratar (liacutequidos o soacutelidos) contienen

una mezcla muy compleja de contaminantes no

podemos optimizar ni el enzima ni las condiciones

es difiacutecil que un enzima pueda degradar todos los

contaminantes presentes

en muchos casos los enzimas solo realizan un paso

de la transformacioacuten y se pueden formar TPs toacutexicos

o no biodegradables

el microorganismo es un sistema multienzimaacutetico

2010 20151985 1990 1995 2000 2005

Cronograma de los trabajos publicados en relacioacuten a biodegradacioacuten de contaminantes por hongos en medio liacutequido

Contaminantes emergentes

Pesticidas (DDT amp DDE)

PCBs HAPs Disolventes clorados

AR de produccioacuten Aceite de oliva

AR de la induacutestria del papel

Retardantes de llama (Bromados)

Faacutermacos

Filtros solares UV

Deteccioacuten faacutermacos en medio ambient

Colorantes sinteacuteticos Explosivos

TNT y nitroglicerina

AR de la industria textil

ASPECTOS GENERALES

A que se llama contaminantes emergentes

Productos considerados contaminantes actualmente pero no en el pasado presentes de forma constante en el medio ambiente a bajas concentraciones provocando problemas en el ecosistema y pendientes de ser regulados en un futuro proacuteximo

Entre ellos se incluyen los faacutermacos drogas de abuso productos asociados a la higiene y cuidado corporal retardantes de llama plaguicidashellip Caracteriacutesticas

alto consumo acumulacioacuten en el medio y organismos potencial disruptor endocrino toxicidadhellip

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

EDAR

Mezcla de ldquocontaminantes emergentesrdquo

metabolitos

substancias conjugadas

EXCRECIOacuteNVERTIDO

Retenidos en los lodos

inalterados

transformados

Mineralizados

Transformados

Inalterados

Presencia en aguas subterraneas superficiales y

sedimentos

Presencia en suelos

efluente

influente

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

bull 2005 la mayoriacutea de estudios realizados se centran en ndash Puesta a punto de meacutetodos analiacuteticos

ndash Deteccioacuten en aguas superficiales y subterraacuteneas

ndash Deteccioacuten en sistemas de tratamiento convencionales (EDARs)

ndash Deteccioacuten en efluentes de hospitales

bull Algunos estudios de degradacioacuten por bacterias en efluentes

bull Escasos (ninguno) estudios de degradacioacuten en lodos

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

HONGOS

Cual es el principal problema que presenta estudiar su degradacioacuten

Las bajas concentraciones en que se encuentran y el

hecho de estar en matrices muy complejas dificulta

su deteccioacuten y cuantificacioacuten

Aplicacioacuten en matrices liquidas y soacutelidas

Matrices liacutequidas

Aguas residuales de hospital

Aguas residuales de la Vila Universitaria

Concentrado de un proceso de membranas

Aguas de un hospital veterinario

Matrices solidas

Lodos de depuradoras urbanas

Lodos de reactor MBR

37 Verlicchi et al J hydrology 2010 also WST 2010

erythromycin (antibiotic)

Iopromide (ICM)

ifosfamide (cytostatic)

Ibuprofen (analgesic)

Glucose

Therapeutic classes contrast media (ICM) heavy metals in a hospital effluentndash Comparison with an urban effluent

Hospital effluent Mean value

Urban effluent Mean value

Degradacioacuten de faacutermacos modelo e identificacioacuten de productos de transformacioacuten en condiciones esteacuteriles

Nos permite demostrar que el hongo es

el responsable de la degradacioacuten

Tratamiento de efluentes reales en condiciones no esteacuteriles Cuantificacioacuten de la eliminacioacuten de faacutermacos y ecotoxicidad

Tratamiento de efluentes por hongos Degradacioacuten de faacutermacos

38

EXPERIMENTOS IN VIVO PARA CUANTIFICAR DEGRADACIOacuteN

EXPERIMENTOS PARA DETERMINAR EL PAPEL DE LOS ENZIMAS

- In vitro Lacasa comercial

- In vivo Inhibidores del citocrom P450 (1-aminobenzotriazole)

ESTUDIO DE LA TOXICIDAD (Microtox regTest )

- Bacteria bioluminescente V ficheri

- EC50 a los 15 min Concentracioacuten que disminuye la luz emitida por la bacteria al 50

- Cuanto mas alta sea la EC50 menor es la toxicidad

ANAgraveLISIS DE FAgraveRMACOS EXTRACCIOacuteN EN FASE SOacuteLIDA i HPLC

IDENTIFICACIOacuteN DE SUBPRODUCTOS Servei RMN-UAB

(Medio + contaminante) (Medio + contaminante+ hongo inactivado)

Adsorcioacuten Degradacioacuten miacutenima

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS INDIVIDUALES

EC50

50

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Control abioacutetico Control inactivado Experimental (Medio + contaminante+hongo activo)

Idaea-CSIC ICRA

Ketoprofeno

Eliminacioacute del 100

Metabolits hidroxilats

Perfil de concentracioacute de subproductes del ketoprofen

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS MODELO

IOPROMIDE degradation in Erlenmeyer flasks by

T versicolor pellets Time course degradation of Iopromide

added at approximately 12 mg L-1 Symbols non-inoculated controls ()

experimental cultures () heat-killed

controls () glucose () and laccase

activity (loz)

62 degradation is

observed after 7days of

exposure and remains

constant until the end of

the experiment

Toxicity by Microtox bioassay

Time EC50 ()

Non-biotic control 2

15min 2

8h 1

1d 43

4d 66

7d 87

12d 110

High toxicity at initial time

(EC50 2) Toxicity decreases

over time

Gros et al 2014 Water Research

Degradacioacuten de farmacos en aguas residuales

en bioreactor

CONDITIONS

Sterile effluent

No sterile

Batch

Continuous

Nutrients addition

Non-nutrients addition

Fluidized bed bioreactors 15

and 10 L

Air pulses

T versicolor in form of pellets

pH (45) and temperature (25ordmC)

control

MONITORING

Pharmaceuticals degradation

Acute toxicity (Microtox)

Laccase glucose etc

101

1-ep

oxyC

BZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Cipro

floxa

cin

50

100

150

200

250

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

Cef

alex

in

Ibup

rofe

n

Aceta

minop

hen

Azitro

micin

1

2

3

4

Ketop

rofe

n

Propr

anolol

Cita

lopr

am

Car

bamaz

epine

Acridon

e

Con

cen

tracioacute

(micro

g L

-1)

000

003

006

009

012

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS (Vila Universitaria de la UAB)

Tratamiento no esteril en batch

Eliminacioacuten completa del 70 de los faacutermacos detectados

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Comparacioacuten de la eliminacioacuten de los faacutermacos por el

hongo versus lodos activados (bibliografia)

Grup Fagravermac Concentracioacute

(microg L-1)

Eliminacioacute estegraveril

()

Eliminacioacute no estegraveril

()

Eliminacioacute per llots activats

() Analgegravesics Acetaminofen 387 100 100 82-99

Ibuprofen 1261 100 100 82-99 Ketoprofen lt048 35 100 lt50 Codeina 002 100 - lt82 Antibiogravetics Azitromicin 431 - 100 lt40

Ciprofloxacin 8471 - 35 50-96 (adsorcioacute) Cefalexin 059 - -51 96 β-blockers Propanolol 006 - 100 59-70 Psiquiatrics Carbamazepina 07 -37 Augmenta lt20 Augmenta

1011- epoxy CBZ 755 100 79 - 2-Hydroxy CBZ 1638 46 100 -

Acridone 101 100 Augmenta - Citalopram 01 100 100 -

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Porcentajes de eliminacioacuten superiores en el tratamiento por hongos

Problema cuantificacioacuten inicial de carbamazepina conjugacioacuten

Ace

tam

inop

hen

Ibup

rofen

Ket

opro

fen

Nap

roxe

n

Salicylic a

cid

Cod

eine

Phe

nazo

ne

Dex

amet

haso

ne

Diclofena

c

Piro

xica

m

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

500

1000

1500

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

50

Tratamiento no esteacuteril Analgeacutesicos

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

46

Cipro

floxa

cin

Oflo

xacin

Clarit

hrom

ycin

Sulfam

etho

xazo

le

Azith

rom

ycin

Met

ronida

zole

Met

ronida

zole-O

H

Trim

etho

prim

Dim

etrid

azole

Ron

idaz

ole

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

35

40

100

150

200

250

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Antibioacuteticos

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

101

1-ep

oxy

CBZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Car

bam

azep

ine

Acr

idon

e

Lora

zepa

m

Cita

lopr

am

Ven

lafaxine

Pra

vast

atin

Olanz

apine

Ser

tralin

e

Fluox

etine

Par

oxet

ine

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

000

025

050

075

100

400800

120016002000

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Faacutermacos de uso psiquiaacutetrico

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Ben

zotri

azole

OP2E

O

Eth

ylpa

rabe

n

Pro

pylpar

aben

BPA

OP

Con

cen

tration

(micro

g L

-1)

0

2

4

6

8

10

20

30

40

50

60

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Compuestos disruptores endocrinos

70 eliminacioacute

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Famiacutelia faacutermacos Tratamiento esteacuteril Tratamiento no esteacuteril

Carga inicial (microg)

Eliminacioacuten ()

Carga inicial (microg)

Eliminacioacute ()

Analgegravesics 1475 180 993 1511 179 988 Antibiogravetics 569 69 861 239 28 908 Cafeiumlna 757 92 79 1490 177 384 EDC 124 15 813 704 84 744 Iopromida 1046 128 755 4197 498 340 Altres fagravermacs 557 68 862 177 21 863 Psiquiagravetrics 3658 447 937 108 13 954 Cantidad total 8185 100 832 8427 100 533

Tratamiento adecuado para degradar faacutermacos en efluents de hospital

Siguiente objetivo Tratamiento en continuo de efluentes

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Fungal inoculated (I)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Non-inoculated (NI)

Non-sterile continuous

treatments of real effluents

VHW treatment

(

) Glucose concentration

(

) COD

(

) Laccase activity

(darr) Fungal biomass partial renovation

(mdash) Glucose addition rate

2 HRT studied

Decrease in laccase activity even with partial biomass renovation

Fungal inoculated (I)

Casas et al 2013 Env Technol 34 113

Glucose 026 g g DCW d

Ammonium 12 mg g DCW d

No glucose accumulation

Need for nutrients

Previous studies in synthetic

media and sterile conditions

CRT

Blaacutenquez et al 2006 Water Res 40 1650

CRT 21 days

13 biomass renovation every 7 days

CRT of 15 days

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Que es lo que sucede

Se muere el hongo aunque estamos renovando la

biomasa no hay suficiente hongo

No hay degradacioacuten

52

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

VHW treatment (2)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

NH4+ addition

PhACs removal

Fungal inoculated (I)

Non-inoculated (NI)

(

) Wastewater (Influent)

(

) Reactor effluent

The analyses have

been performed by

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Microbial community assessment (DGGE)

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Time

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Trametes versicolor

Candida spp

Fusarium solani

Unknown

T versicolor survived until the end of the treatment

laccase activity is not a good indicator

ESCENARIOS DE GESTIOacuteN DE EFLUENTES DE HOSPITAL

EDAR

No eliminacioacuten

de faacutermacos

Dilucioacuten en

el efluente

urbano

Aguas

urbanas

Fong

No eliminacioacuten

de DQO

Hongo Aguas

urbanas

EDAR

HOSPITAL

Srsquoha comprovat la capacitat de T versicolor per degradar fagravermacs

Badiacutea-Fabregat et al 2014 Rodriacuteguez-Rodriacuteguez et al 2014 Cruz-Moratoacute et al 2013

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Inconvenients al tractament drsquo

aiguumles drsquohospitals reals

- Necessitat drsquoaddicionar nutrients - Competegravencia amb bacteris

Possibles solucions Estrategravegies

- Pretractament de lrsquoefluent - Altres configuracions de reactors - Canvi en la font de carboni

Posada a punt del sistema TRH Relacioacute QRQL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

1 2 3

4

5

6

7

1 Tanc drsquoalimentacioacute 2 Tanc de mescla 3 Tanc drsquoeluents de

sortida 4 Bomba de recirculacioacute 5 Bioreactor 6 Entrada drsquoaire 7 Controlador de pH

TRH 3d

QL

QR

QL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

Desenvolupament processos

Efluent hospital

real (HWW)

Aiguumles residuals urbanes

(UWW)

Trametes versicolor

T versicolor crescut sobre fusta

Filtre percolador amb T versicolor crescut sobre fusta

Microalgues Degradacioacute a

escala Erlenmeyer Fotobioreactor FBR

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

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Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 15: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

Se ha determinado la capacidad del hongo ligninoliacutetico para degradar el colorante Gris Lanaset G (Mezcla de colorantes metaacutelicos de estructura y composicioacuten no disponible)

Biomass

Cr-dye +

Cr free

Cr-dye +

Cr free

Metal

desorption

FINAL

Cr-dye

Cr-dye +

Cr free

STEP2

Dye in biomass

Cr-dye

INITIAL

t= 0 h

Dye adsorbed

Cr-dye

Cr-dye

degradation

STEP 1

t= 1 ht= 45 d

S

O

L

I

D

P

H

A

S

E

L

I

Q

U

I

D

P

H

A

S

E

Dye

Dye

Dye

adsorption

Dye

Biomass

Cr-dye +

Cr free

Cr-dye +

Cr free

Metal

desorption

FINAL

Cr-dye

Cr-dye +

Cr free

STEP2

Dye in biomass

Cr-dye

INITIAL

t= 0 h

Dye adsorbed

Cr-dye

Cr-dye

degradation

STEP 1

t= 1 ht= 45 d

S

O

L

I

D

P

H

A

S

E

L

I

Q

U

I

D

P

H

A

S

E

Dye

Dye

Dye

adsorption

Dye

MECANISMO DE DEGRADACIOacuteN DEL COLOR

Mecanismo de degradacioacuten de colorantes por

los hongos ligninoliacuteticos

1ra etapa adsorcioacuten en la biomasa del hongo

2ordf etapa degradacioacuten intracelular

En este caso gracias al metal podemos demostrar que la

degradacioacuten tiene lugar en el interior del hongo o al menos parte

de ella

Cual es el papel del enzima extracelular

es la enzima extracelular que estamos midiendo (lacasa) la

responsable de la degradacioacuten

TRATAMIENTO COLORANTE GRIS LANASET G

DEGRADACIOacuteN DEL COLORANTE GRIS LANASET G CON TRAMETES VERSICOLOR

Medida de la enzima lacasa intracelular y extracelular

98 de eliminacioacuten de color a las 75 h

(57 debido a la adsorcioacuten Killed control)

Medio inicial (A) y final (B) del tratamiento

Peacutelets antes (B) y despueacutes del tratamiento (C) y peacutelets tentildeidos con colorante a t=1h (A)

Tiempo (h)

0 50 100 150 200 250 300

Lacasa e

xtr

acelu

lar

tota

l (U

A)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

Lacasa intr

acelu

lar

tota

l (U

A)

0

40

80

120

160

200

240

280

Conc

colo

rante

(gl)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Conc

glu

cosa (

gl)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Activitat extracelular

Activitat intracelular

Colorante

Glucosa

Glu

cosa

(g

l)

Co

lora

nte

(m

gl)

DEGRADACIOacuteN DE COLORANTES TEXTILES

Antes de las 24h deteccioacuten de lacasa intracelular

Si la enzima lacasa es la responsable de la degradacion

Porque utilizar microorganismos y no enzimas

Es mas facil trabajar con enzimas que con

microorganismos

Se puede utilizar la dosis de enzima necesaria

Perohellip

Un unico enzima puede degradar todos los colorantes en un efluente

Los enzimas hasta donde llegan Degradantransformanmineralizan

Un unico enzima puede hacer lo mismo que un microorganismo que es

multienzimaacutetico

APLICACIOacuteN DEL PROCESO DE DECOLORACIOacuteN A DIFERENTES COLORANTES

RESULTADOS DE DEGRADACIOacuteN DE LOS COLORANTES AacuteCIDOS

Colorante Lanasyn Grey

(Azo complejo metaacutelico)

Alizarin Red S

(Antraquinoacutenico)

Acid Fuchsin

(Triarilmetano)

Decoloracioacuten 796 938 9998

Reduccioacuten Toxicidad 12 12 19

O

N

NH

C OEt

O

N

S

O

MeO

O

C

O

OEt

NH R

H+

Cr3+

N

N

R

OO

S O

O

Me

O

O

OH

SO3Na

NH2

SO3

C

H3C

H2N

NaO3S

NH2

SO3Na

DEGRADACIOacuteN DE COLORANTES TEXTILES

ESTUDI DEL PROCEacuteS DEGRADACIOacute DE COLORANTS TEgraveXTILS AMB EL FONG Trametes versicolor

COLORANT Trametes versicolor ENZIM 1210 UL

Nom comuacute Classificacioacute quiacutemica Decoloracioacute

24 i 100 h

Decoloracioacute

24h

Acid Fuchsin Trifenilmetagrave 98-99 28

Acid Green 16 Trifenilmetagrave 90-99 60 gt

24h

Alizarin Red S Antraquinogravenic 92-94 84

Amino Black 10 Diazo 96-99 93

Azocarmine B Quinoneimine 90-99 84

Basic Fuchsin Trifenilmetagrave 12-40 18

Brilliant Green 1 Trifenilmetagrave 55-93 90

Brilliant Green 20 Trifenilmetagrave 76-78 90

Burdeos Lanset B (mescla) 83-88 67

Gris Lanaset G (mescla) 92-98 35

Pardo Lanaset B (mescla) 64-81 60

Lanasyn Grey G Metagravelmiddotlic azoic 72-87 49

Methylene Blue Tiazina 14-28 37

Naphtol Yellow S Nitro 8-50-92 (240h) 0

Orange G Azo 97-99 87

Desactivacioacute enzimagravetica

DEGRADACIOacute DE COLORANTS comparacioacute fong vs enzim lacasa

Biodegradacioacute drsquoaltres famiacutelies de colorants

2D Graph 3

Tems (h)

0 20 40 60 80 100 120

Co

nc

en

tra

cioacute

co

lor

(mg

L)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Ac

tivit

at

(UL

)

0

20

40

60

80

100

120

140

Temps GLG (h) vs GLG (mgl)

Temps OG (h) vs OG (mgl)

Temps AF (h) vs AF (mgl)

Temps GLG-2 (h) vs GLG-2 (mgl)

Temps GLG (h) vs Activitat GLG (UA)

Temps OG (h) vs Activitat OG (UA)

Temps ARS (h) vs Activitat ARS (UA)

Temps GLG-2 (h) vs Activitat GLG-2 (UA) Temps ARS (h) vs ASR (mgl)

Temps AF (h) vs Activitat AF (UA)

DISCONTINUS REPETITS 24 hores

Gris Lanaset G co = 1556 mgL 946 decol

Orange G co = 1509 mgL 974 decol

Alizarin Red S co = 1425 mgL 874 decol

Acid Fuchsin co = 1370 mgL 982 decol

Gris Lanaset G co = 732 mgL 776 decol

Productes de degradacioacute del metabolisme del

fong per diferents famiacutelies de colorants

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 ppmLongitud dona (nm)

350 400 450 500 550 600 650

Absorb

agravencia

00

02

04

06

08

10

Temps 0 min

Temps 8 min

Temps 30 min

Temps 60 min

Temps 2h

Temps 4h

Temps 24h

0 min

4 h

24 h

60 min

2 h

30 min

8 min

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

Brilliant Green 1

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

NH(CH2CH3)2 + +

EL FONG EacuteS CAPACcedil DE DEGRADAR AgraveCID BENZOIC en 24 hores

H-RMN en liacutenea

Orange G

NH2CH2N

NH2

No subproductes

Acid Fuchsin

WRF

Citocromo P450

2 Lacasas

Lignina peroxidasa

Peroxidasa versaacutetil

MnP

1 Pero

xidasas

Enzimas modificadoras de lignina

Trametes versicolor

Enzimas extracelulares Enzimas intracelulares

Hidroxilacioacuten

Epoxidacioacuten

Reduccioacuten Desalquilacioacuten

Oxigenacioacuten

Ruptura C-C

Desmetilacioacuten

Hidroxilacioacuten Dipolimerizacioacuten fenoles

Oxidacioacuten alcoholes

El mecanismo de degradacioacuten de algunos contaminantes no esta ligado a la produccioacuten de los enzimas extracelulares sino al sistema intracelular Cytocromo P450 monooxigenasa

Identificacioacuten gen cyt P450 en P chrysosporium 1997 y en T versicolor 2002

Objetivo desarrollo de proceso

Reactor fludizado por pulsos de aire

Fong en forma de pegravelmiddotlets Biomassa fluiumlditzada per polsos drsquoaire Tordf ograveptima fong 25ordmC pH ograveptim fong 45 Nutrients (CN) y micronutrients Avaluacioacute activitat fuacutengica enzim lacasa Condicions esterils

Temps (d)

0 5 10 15 20

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Laca

sa (

UA

l)

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

Reducc

ioacute d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Glucosa

Lacasa

Reduccioacute de color

TRH (h)

0 20 40 60 80 100 120

mg G

LG e

limin

ats

lmiddoth

0

5

10

15

20

25

30

Experimental

Normativa

Efecte del TRH

TRH 48 h

Temps (d)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Laca

sa (

UA

l)

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

Reducc

ioacute d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Glucosa

Lacasa

Reduccioacute de color

0

20

40

60

80

100

0 7 14 21 28 35 42 49 56 63P

erc

en

tatg

e d

e b

iom

as

sa

()

Temps (d)

gt42 dies

35 dies

28 dies

21 dies

14 dies

7 dies

0 dies

Estrategravegia purga i renovacioacute 13 de la

biomassa cada 7 dies

TRC 21 dies

decoloracions gt 90

distribucioacute drsquoedats constant

82 biomassa amb lt28 dies

Pegraverdua morfologiacutea dels pegravelmiddotlets lisis celmiddotlular

Tiempo (d)0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Laca

sa (

UA

l)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

Reducc

ioacuten d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

10068 525 59 72 4848

- Renovar la biomassa - Ni macro ni micronutrients - Glucosa qualitat industrial - Colorant no estegraveril

Formulacioacute del medi de cultiu

Seleccioacute del bioreactor

Escalat

Escalat de la produccioacute de biomassa

Produccioacute de pegravelmiddotlets clagravessica

Coll drsquoampolla

Cost medi (extracte de malta)

Limitacioacute en la produccioacute a escala Erlenmeyer

Objectius

Morfologia en forma de pelmiddotlets

Mida plusmn 3mm

Pasos experimentals

40 x

Biomassa gt 3 g DCWmiddotl-1

Morfologia adequada

280

598 0

50

100

150

200

250

300

Malt extract Defined medium

Co

st (

euromiddotK

g-1) Reduccioacute de cost 98

Escalat de la produccioacute de biomassa

La enzima lacasa es uno de los principales

catalizadores de la biodegradacioacuten pero no el uacutenico

responsable

El hongo degrada casi todos los colorantes

(algunos si estan en concentraciones subtoacutexicas)

La monitorizacioacuten de la produccioacuten enzimaacutetica y

consumo de glucosa son buenos indicadores de la

actividad metaboacutelica del hongo hay que

suministrar nutrientes para mantener la actividad

enzimaacutetica

El hongo puede degradar metabolitos resultantes

de la degradacioacuten que el enzima lacasa no puede

degradar

Algunas conclusiones

Porque utilizar microorganismos y no enzimas

si es mucho mas facil dosificar enzimas

los efluentes a tratar (liacutequidos o soacutelidos) contienen

una mezcla muy compleja de contaminantes no

podemos optimizar ni el enzima ni las condiciones

es difiacutecil que un enzima pueda degradar todos los

contaminantes presentes

en muchos casos los enzimas solo realizan un paso

de la transformacioacuten y se pueden formar TPs toacutexicos

o no biodegradables

el microorganismo es un sistema multienzimaacutetico

2010 20151985 1990 1995 2000 2005

Cronograma de los trabajos publicados en relacioacuten a biodegradacioacuten de contaminantes por hongos en medio liacutequido

Contaminantes emergentes

Pesticidas (DDT amp DDE)

PCBs HAPs Disolventes clorados

AR de produccioacuten Aceite de oliva

AR de la induacutestria del papel

Retardantes de llama (Bromados)

Faacutermacos

Filtros solares UV

Deteccioacuten faacutermacos en medio ambient

Colorantes sinteacuteticos Explosivos

TNT y nitroglicerina

AR de la industria textil

ASPECTOS GENERALES

A que se llama contaminantes emergentes

Productos considerados contaminantes actualmente pero no en el pasado presentes de forma constante en el medio ambiente a bajas concentraciones provocando problemas en el ecosistema y pendientes de ser regulados en un futuro proacuteximo

Entre ellos se incluyen los faacutermacos drogas de abuso productos asociados a la higiene y cuidado corporal retardantes de llama plaguicidashellip Caracteriacutesticas

alto consumo acumulacioacuten en el medio y organismos potencial disruptor endocrino toxicidadhellip

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

EDAR

Mezcla de ldquocontaminantes emergentesrdquo

metabolitos

substancias conjugadas

EXCRECIOacuteNVERTIDO

Retenidos en los lodos

inalterados

transformados

Mineralizados

Transformados

Inalterados

Presencia en aguas subterraneas superficiales y

sedimentos

Presencia en suelos

efluente

influente

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

bull 2005 la mayoriacutea de estudios realizados se centran en ndash Puesta a punto de meacutetodos analiacuteticos

ndash Deteccioacuten en aguas superficiales y subterraacuteneas

ndash Deteccioacuten en sistemas de tratamiento convencionales (EDARs)

ndash Deteccioacuten en efluentes de hospitales

bull Algunos estudios de degradacioacuten por bacterias en efluentes

bull Escasos (ninguno) estudios de degradacioacuten en lodos

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

HONGOS

Cual es el principal problema que presenta estudiar su degradacioacuten

Las bajas concentraciones en que se encuentran y el

hecho de estar en matrices muy complejas dificulta

su deteccioacuten y cuantificacioacuten

Aplicacioacuten en matrices liquidas y soacutelidas

Matrices liacutequidas

Aguas residuales de hospital

Aguas residuales de la Vila Universitaria

Concentrado de un proceso de membranas

Aguas de un hospital veterinario

Matrices solidas

Lodos de depuradoras urbanas

Lodos de reactor MBR

37 Verlicchi et al J hydrology 2010 also WST 2010

erythromycin (antibiotic)

Iopromide (ICM)

ifosfamide (cytostatic)

Ibuprofen (analgesic)

Glucose

Therapeutic classes contrast media (ICM) heavy metals in a hospital effluentndash Comparison with an urban effluent

Hospital effluent Mean value

Urban effluent Mean value

Degradacioacuten de faacutermacos modelo e identificacioacuten de productos de transformacioacuten en condiciones esteacuteriles

Nos permite demostrar que el hongo es

el responsable de la degradacioacuten

Tratamiento de efluentes reales en condiciones no esteacuteriles Cuantificacioacuten de la eliminacioacuten de faacutermacos y ecotoxicidad

Tratamiento de efluentes por hongos Degradacioacuten de faacutermacos

38

EXPERIMENTOS IN VIVO PARA CUANTIFICAR DEGRADACIOacuteN

EXPERIMENTOS PARA DETERMINAR EL PAPEL DE LOS ENZIMAS

- In vitro Lacasa comercial

- In vivo Inhibidores del citocrom P450 (1-aminobenzotriazole)

ESTUDIO DE LA TOXICIDAD (Microtox regTest )

- Bacteria bioluminescente V ficheri

- EC50 a los 15 min Concentracioacuten que disminuye la luz emitida por la bacteria al 50

- Cuanto mas alta sea la EC50 menor es la toxicidad

ANAgraveLISIS DE FAgraveRMACOS EXTRACCIOacuteN EN FASE SOacuteLIDA i HPLC

IDENTIFICACIOacuteN DE SUBPRODUCTOS Servei RMN-UAB

(Medio + contaminante) (Medio + contaminante+ hongo inactivado)

Adsorcioacuten Degradacioacuten miacutenima

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS INDIVIDUALES

EC50

50

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Control abioacutetico Control inactivado Experimental (Medio + contaminante+hongo activo)

Idaea-CSIC ICRA

Ketoprofeno

Eliminacioacute del 100

Metabolits hidroxilats

Perfil de concentracioacute de subproductes del ketoprofen

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS MODELO

IOPROMIDE degradation in Erlenmeyer flasks by

T versicolor pellets Time course degradation of Iopromide

added at approximately 12 mg L-1 Symbols non-inoculated controls ()

experimental cultures () heat-killed

controls () glucose () and laccase

activity (loz)

62 degradation is

observed after 7days of

exposure and remains

constant until the end of

the experiment

Toxicity by Microtox bioassay

Time EC50 ()

Non-biotic control 2

15min 2

8h 1

1d 43

4d 66

7d 87

12d 110

High toxicity at initial time

(EC50 2) Toxicity decreases

over time

Gros et al 2014 Water Research

Degradacioacuten de farmacos en aguas residuales

en bioreactor

CONDITIONS

Sterile effluent

No sterile

Batch

Continuous

Nutrients addition

Non-nutrients addition

Fluidized bed bioreactors 15

and 10 L

Air pulses

T versicolor in form of pellets

pH (45) and temperature (25ordmC)

control

MONITORING

Pharmaceuticals degradation

Acute toxicity (Microtox)

Laccase glucose etc

101

1-ep

oxyC

BZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Cipro

floxa

cin

50

100

150

200

250

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

Cef

alex

in

Ibup

rofe

n

Aceta

minop

hen

Azitro

micin

1

2

3

4

Ketop

rofe

n

Propr

anolol

Cita

lopr

am

Car

bamaz

epine

Acridon

e

Con

cen

tracioacute

(micro

g L

-1)

000

003

006

009

012

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS (Vila Universitaria de la UAB)

Tratamiento no esteril en batch

Eliminacioacuten completa del 70 de los faacutermacos detectados

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Comparacioacuten de la eliminacioacuten de los faacutermacos por el

hongo versus lodos activados (bibliografia)

Grup Fagravermac Concentracioacute

(microg L-1)

Eliminacioacute estegraveril

()

Eliminacioacute no estegraveril

()

Eliminacioacute per llots activats

() Analgegravesics Acetaminofen 387 100 100 82-99

Ibuprofen 1261 100 100 82-99 Ketoprofen lt048 35 100 lt50 Codeina 002 100 - lt82 Antibiogravetics Azitromicin 431 - 100 lt40

Ciprofloxacin 8471 - 35 50-96 (adsorcioacute) Cefalexin 059 - -51 96 β-blockers Propanolol 006 - 100 59-70 Psiquiatrics Carbamazepina 07 -37 Augmenta lt20 Augmenta

1011- epoxy CBZ 755 100 79 - 2-Hydroxy CBZ 1638 46 100 -

Acridone 101 100 Augmenta - Citalopram 01 100 100 -

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Porcentajes de eliminacioacuten superiores en el tratamiento por hongos

Problema cuantificacioacuten inicial de carbamazepina conjugacioacuten

Ace

tam

inop

hen

Ibup

rofen

Ket

opro

fen

Nap

roxe

n

Salicylic a

cid

Cod

eine

Phe

nazo

ne

Dex

amet

haso

ne

Diclofena

c

Piro

xica

m

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

500

1000

1500

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

50

Tratamiento no esteacuteril Analgeacutesicos

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

46

Cipro

floxa

cin

Oflo

xacin

Clarit

hrom

ycin

Sulfam

etho

xazo

le

Azith

rom

ycin

Met

ronida

zole

Met

ronida

zole-O

H

Trim

etho

prim

Dim

etrid

azole

Ron

idaz

ole

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

35

40

100

150

200

250

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Antibioacuteticos

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

101

1-ep

oxy

CBZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Car

bam

azep

ine

Acr

idon

e

Lora

zepa

m

Cita

lopr

am

Ven

lafaxine

Pra

vast

atin

Olanz

apine

Ser

tralin

e

Fluox

etine

Par

oxet

ine

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

000

025

050

075

100

400800

120016002000

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Faacutermacos de uso psiquiaacutetrico

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Ben

zotri

azole

OP2E

O

Eth

ylpa

rabe

n

Pro

pylpar

aben

BPA

OP

Con

cen

tration

(micro

g L

-1)

0

2

4

6

8

10

20

30

40

50

60

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Compuestos disruptores endocrinos

70 eliminacioacute

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Famiacutelia faacutermacos Tratamiento esteacuteril Tratamiento no esteacuteril

Carga inicial (microg)

Eliminacioacuten ()

Carga inicial (microg)

Eliminacioacute ()

Analgegravesics 1475 180 993 1511 179 988 Antibiogravetics 569 69 861 239 28 908 Cafeiumlna 757 92 79 1490 177 384 EDC 124 15 813 704 84 744 Iopromida 1046 128 755 4197 498 340 Altres fagravermacs 557 68 862 177 21 863 Psiquiagravetrics 3658 447 937 108 13 954 Cantidad total 8185 100 832 8427 100 533

Tratamiento adecuado para degradar faacutermacos en efluents de hospital

Siguiente objetivo Tratamiento en continuo de efluentes

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Fungal inoculated (I)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Non-inoculated (NI)

Non-sterile continuous

treatments of real effluents

VHW treatment

(

) Glucose concentration

(

) COD

(

) Laccase activity

(darr) Fungal biomass partial renovation

(mdash) Glucose addition rate

2 HRT studied

Decrease in laccase activity even with partial biomass renovation

Fungal inoculated (I)

Casas et al 2013 Env Technol 34 113

Glucose 026 g g DCW d

Ammonium 12 mg g DCW d

No glucose accumulation

Need for nutrients

Previous studies in synthetic

media and sterile conditions

CRT

Blaacutenquez et al 2006 Water Res 40 1650

CRT 21 days

13 biomass renovation every 7 days

CRT of 15 days

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Que es lo que sucede

Se muere el hongo aunque estamos renovando la

biomasa no hay suficiente hongo

No hay degradacioacuten

52

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

VHW treatment (2)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

NH4+ addition

PhACs removal

Fungal inoculated (I)

Non-inoculated (NI)

(

) Wastewater (Influent)

(

) Reactor effluent

The analyses have

been performed by

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Microbial community assessment (DGGE)

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Time

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Trametes versicolor

Candida spp

Fusarium solani

Unknown

T versicolor survived until the end of the treatment

laccase activity is not a good indicator

ESCENARIOS DE GESTIOacuteN DE EFLUENTES DE HOSPITAL

EDAR

No eliminacioacuten

de faacutermacos

Dilucioacuten en

el efluente

urbano

Aguas

urbanas

Fong

No eliminacioacuten

de DQO

Hongo Aguas

urbanas

EDAR

HOSPITAL

Srsquoha comprovat la capacitat de T versicolor per degradar fagravermacs

Badiacutea-Fabregat et al 2014 Rodriacuteguez-Rodriacuteguez et al 2014 Cruz-Moratoacute et al 2013

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Inconvenients al tractament drsquo

aiguumles drsquohospitals reals

- Necessitat drsquoaddicionar nutrients - Competegravencia amb bacteris

Possibles solucions Estrategravegies

- Pretractament de lrsquoefluent - Altres configuracions de reactors - Canvi en la font de carboni

Posada a punt del sistema TRH Relacioacute QRQL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

1 2 3

4

5

6

7

1 Tanc drsquoalimentacioacute 2 Tanc de mescla 3 Tanc drsquoeluents de

sortida 4 Bomba de recirculacioacute 5 Bioreactor 6 Entrada drsquoaire 7 Controlador de pH

TRH 3d

QL

QR

QL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

Desenvolupament processos

Efluent hospital

real (HWW)

Aiguumles residuals urbanes

(UWW)

Trametes versicolor

T versicolor crescut sobre fusta

Filtre percolador amb T versicolor crescut sobre fusta

Microalgues Degradacioacute a

escala Erlenmeyer Fotobioreactor FBR

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 16: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

Mecanismo de degradacioacuten de colorantes por

los hongos ligninoliacuteticos

1ra etapa adsorcioacuten en la biomasa del hongo

2ordf etapa degradacioacuten intracelular

En este caso gracias al metal podemos demostrar que la

degradacioacuten tiene lugar en el interior del hongo o al menos parte

de ella

Cual es el papel del enzima extracelular

es la enzima extracelular que estamos midiendo (lacasa) la

responsable de la degradacioacuten

TRATAMIENTO COLORANTE GRIS LANASET G

DEGRADACIOacuteN DEL COLORANTE GRIS LANASET G CON TRAMETES VERSICOLOR

Medida de la enzima lacasa intracelular y extracelular

98 de eliminacioacuten de color a las 75 h

(57 debido a la adsorcioacuten Killed control)

Medio inicial (A) y final (B) del tratamiento

Peacutelets antes (B) y despueacutes del tratamiento (C) y peacutelets tentildeidos con colorante a t=1h (A)

Tiempo (h)

0 50 100 150 200 250 300

Lacasa e

xtr

acelu

lar

tota

l (U

A)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

Lacasa intr

acelu

lar

tota

l (U

A)

0

40

80

120

160

200

240

280

Conc

colo

rante

(gl)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Conc

glu

cosa (

gl)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Activitat extracelular

Activitat intracelular

Colorante

Glucosa

Glu

cosa

(g

l)

Co

lora

nte

(m

gl)

DEGRADACIOacuteN DE COLORANTES TEXTILES

Antes de las 24h deteccioacuten de lacasa intracelular

Si la enzima lacasa es la responsable de la degradacion

Porque utilizar microorganismos y no enzimas

Es mas facil trabajar con enzimas que con

microorganismos

Se puede utilizar la dosis de enzima necesaria

Perohellip

Un unico enzima puede degradar todos los colorantes en un efluente

Los enzimas hasta donde llegan Degradantransformanmineralizan

Un unico enzima puede hacer lo mismo que un microorganismo que es

multienzimaacutetico

APLICACIOacuteN DEL PROCESO DE DECOLORACIOacuteN A DIFERENTES COLORANTES

RESULTADOS DE DEGRADACIOacuteN DE LOS COLORANTES AacuteCIDOS

Colorante Lanasyn Grey

(Azo complejo metaacutelico)

Alizarin Red S

(Antraquinoacutenico)

Acid Fuchsin

(Triarilmetano)

Decoloracioacuten 796 938 9998

Reduccioacuten Toxicidad 12 12 19

O

N

NH

C OEt

O

N

S

O

MeO

O

C

O

OEt

NH R

H+

Cr3+

N

N

R

OO

S O

O

Me

O

O

OH

SO3Na

NH2

SO3

C

H3C

H2N

NaO3S

NH2

SO3Na

DEGRADACIOacuteN DE COLORANTES TEXTILES

ESTUDI DEL PROCEacuteS DEGRADACIOacute DE COLORANTS TEgraveXTILS AMB EL FONG Trametes versicolor

COLORANT Trametes versicolor ENZIM 1210 UL

Nom comuacute Classificacioacute quiacutemica Decoloracioacute

24 i 100 h

Decoloracioacute

24h

Acid Fuchsin Trifenilmetagrave 98-99 28

Acid Green 16 Trifenilmetagrave 90-99 60 gt

24h

Alizarin Red S Antraquinogravenic 92-94 84

Amino Black 10 Diazo 96-99 93

Azocarmine B Quinoneimine 90-99 84

Basic Fuchsin Trifenilmetagrave 12-40 18

Brilliant Green 1 Trifenilmetagrave 55-93 90

Brilliant Green 20 Trifenilmetagrave 76-78 90

Burdeos Lanset B (mescla) 83-88 67

Gris Lanaset G (mescla) 92-98 35

Pardo Lanaset B (mescla) 64-81 60

Lanasyn Grey G Metagravelmiddotlic azoic 72-87 49

Methylene Blue Tiazina 14-28 37

Naphtol Yellow S Nitro 8-50-92 (240h) 0

Orange G Azo 97-99 87

Desactivacioacute enzimagravetica

DEGRADACIOacute DE COLORANTS comparacioacute fong vs enzim lacasa

Biodegradacioacute drsquoaltres famiacutelies de colorants

2D Graph 3

Tems (h)

0 20 40 60 80 100 120

Co

nc

en

tra

cioacute

co

lor

(mg

L)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Ac

tivit

at

(UL

)

0

20

40

60

80

100

120

140

Temps GLG (h) vs GLG (mgl)

Temps OG (h) vs OG (mgl)

Temps AF (h) vs AF (mgl)

Temps GLG-2 (h) vs GLG-2 (mgl)

Temps GLG (h) vs Activitat GLG (UA)

Temps OG (h) vs Activitat OG (UA)

Temps ARS (h) vs Activitat ARS (UA)

Temps GLG-2 (h) vs Activitat GLG-2 (UA) Temps ARS (h) vs ASR (mgl)

Temps AF (h) vs Activitat AF (UA)

DISCONTINUS REPETITS 24 hores

Gris Lanaset G co = 1556 mgL 946 decol

Orange G co = 1509 mgL 974 decol

Alizarin Red S co = 1425 mgL 874 decol

Acid Fuchsin co = 1370 mgL 982 decol

Gris Lanaset G co = 732 mgL 776 decol

Productes de degradacioacute del metabolisme del

fong per diferents famiacutelies de colorants

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 ppmLongitud dona (nm)

350 400 450 500 550 600 650

Absorb

agravencia

00

02

04

06

08

10

Temps 0 min

Temps 8 min

Temps 30 min

Temps 60 min

Temps 2h

Temps 4h

Temps 24h

0 min

4 h

24 h

60 min

2 h

30 min

8 min

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

Brilliant Green 1

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

NH(CH2CH3)2 + +

EL FONG EacuteS CAPACcedil DE DEGRADAR AgraveCID BENZOIC en 24 hores

H-RMN en liacutenea

Orange G

NH2CH2N

NH2

No subproductes

Acid Fuchsin

WRF

Citocromo P450

2 Lacasas

Lignina peroxidasa

Peroxidasa versaacutetil

MnP

1 Pero

xidasas

Enzimas modificadoras de lignina

Trametes versicolor

Enzimas extracelulares Enzimas intracelulares

Hidroxilacioacuten

Epoxidacioacuten

Reduccioacuten Desalquilacioacuten

Oxigenacioacuten

Ruptura C-C

Desmetilacioacuten

Hidroxilacioacuten Dipolimerizacioacuten fenoles

Oxidacioacuten alcoholes

El mecanismo de degradacioacuten de algunos contaminantes no esta ligado a la produccioacuten de los enzimas extracelulares sino al sistema intracelular Cytocromo P450 monooxigenasa

Identificacioacuten gen cyt P450 en P chrysosporium 1997 y en T versicolor 2002

Objetivo desarrollo de proceso

Reactor fludizado por pulsos de aire

Fong en forma de pegravelmiddotlets Biomassa fluiumlditzada per polsos drsquoaire Tordf ograveptima fong 25ordmC pH ograveptim fong 45 Nutrients (CN) y micronutrients Avaluacioacute activitat fuacutengica enzim lacasa Condicions esterils

Temps (d)

0 5 10 15 20

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Laca

sa (

UA

l)

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

Reducc

ioacute d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Glucosa

Lacasa

Reduccioacute de color

TRH (h)

0 20 40 60 80 100 120

mg G

LG e

limin

ats

lmiddoth

0

5

10

15

20

25

30

Experimental

Normativa

Efecte del TRH

TRH 48 h

Temps (d)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Laca

sa (

UA

l)

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

Reducc

ioacute d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Glucosa

Lacasa

Reduccioacute de color

0

20

40

60

80

100

0 7 14 21 28 35 42 49 56 63P

erc

en

tatg

e d

e b

iom

as

sa

()

Temps (d)

gt42 dies

35 dies

28 dies

21 dies

14 dies

7 dies

0 dies

Estrategravegia purga i renovacioacute 13 de la

biomassa cada 7 dies

TRC 21 dies

decoloracions gt 90

distribucioacute drsquoedats constant

82 biomassa amb lt28 dies

Pegraverdua morfologiacutea dels pegravelmiddotlets lisis celmiddotlular

Tiempo (d)0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Laca

sa (

UA

l)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

Reducc

ioacuten d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

10068 525 59 72 4848

- Renovar la biomassa - Ni macro ni micronutrients - Glucosa qualitat industrial - Colorant no estegraveril

Formulacioacute del medi de cultiu

Seleccioacute del bioreactor

Escalat

Escalat de la produccioacute de biomassa

Produccioacute de pegravelmiddotlets clagravessica

Coll drsquoampolla

Cost medi (extracte de malta)

Limitacioacute en la produccioacute a escala Erlenmeyer

Objectius

Morfologia en forma de pelmiddotlets

Mida plusmn 3mm

Pasos experimentals

40 x

Biomassa gt 3 g DCWmiddotl-1

Morfologia adequada

280

598 0

50

100

150

200

250

300

Malt extract Defined medium

Co

st (

euromiddotK

g-1) Reduccioacute de cost 98

Escalat de la produccioacute de biomassa

La enzima lacasa es uno de los principales

catalizadores de la biodegradacioacuten pero no el uacutenico

responsable

El hongo degrada casi todos los colorantes

(algunos si estan en concentraciones subtoacutexicas)

La monitorizacioacuten de la produccioacuten enzimaacutetica y

consumo de glucosa son buenos indicadores de la

actividad metaboacutelica del hongo hay que

suministrar nutrientes para mantener la actividad

enzimaacutetica

El hongo puede degradar metabolitos resultantes

de la degradacioacuten que el enzima lacasa no puede

degradar

Algunas conclusiones

Porque utilizar microorganismos y no enzimas

si es mucho mas facil dosificar enzimas

los efluentes a tratar (liacutequidos o soacutelidos) contienen

una mezcla muy compleja de contaminantes no

podemos optimizar ni el enzima ni las condiciones

es difiacutecil que un enzima pueda degradar todos los

contaminantes presentes

en muchos casos los enzimas solo realizan un paso

de la transformacioacuten y se pueden formar TPs toacutexicos

o no biodegradables

el microorganismo es un sistema multienzimaacutetico

2010 20151985 1990 1995 2000 2005

Cronograma de los trabajos publicados en relacioacuten a biodegradacioacuten de contaminantes por hongos en medio liacutequido

Contaminantes emergentes

Pesticidas (DDT amp DDE)

PCBs HAPs Disolventes clorados

AR de produccioacuten Aceite de oliva

AR de la induacutestria del papel

Retardantes de llama (Bromados)

Faacutermacos

Filtros solares UV

Deteccioacuten faacutermacos en medio ambient

Colorantes sinteacuteticos Explosivos

TNT y nitroglicerina

AR de la industria textil

ASPECTOS GENERALES

A que se llama contaminantes emergentes

Productos considerados contaminantes actualmente pero no en el pasado presentes de forma constante en el medio ambiente a bajas concentraciones provocando problemas en el ecosistema y pendientes de ser regulados en un futuro proacuteximo

Entre ellos se incluyen los faacutermacos drogas de abuso productos asociados a la higiene y cuidado corporal retardantes de llama plaguicidashellip Caracteriacutesticas

alto consumo acumulacioacuten en el medio y organismos potencial disruptor endocrino toxicidadhellip

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

EDAR

Mezcla de ldquocontaminantes emergentesrdquo

metabolitos

substancias conjugadas

EXCRECIOacuteNVERTIDO

Retenidos en los lodos

inalterados

transformados

Mineralizados

Transformados

Inalterados

Presencia en aguas subterraneas superficiales y

sedimentos

Presencia en suelos

efluente

influente

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

bull 2005 la mayoriacutea de estudios realizados se centran en ndash Puesta a punto de meacutetodos analiacuteticos

ndash Deteccioacuten en aguas superficiales y subterraacuteneas

ndash Deteccioacuten en sistemas de tratamiento convencionales (EDARs)

ndash Deteccioacuten en efluentes de hospitales

bull Algunos estudios de degradacioacuten por bacterias en efluentes

bull Escasos (ninguno) estudios de degradacioacuten en lodos

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

HONGOS

Cual es el principal problema que presenta estudiar su degradacioacuten

Las bajas concentraciones en que se encuentran y el

hecho de estar en matrices muy complejas dificulta

su deteccioacuten y cuantificacioacuten

Aplicacioacuten en matrices liquidas y soacutelidas

Matrices liacutequidas

Aguas residuales de hospital

Aguas residuales de la Vila Universitaria

Concentrado de un proceso de membranas

Aguas de un hospital veterinario

Matrices solidas

Lodos de depuradoras urbanas

Lodos de reactor MBR

37 Verlicchi et al J hydrology 2010 also WST 2010

erythromycin (antibiotic)

Iopromide (ICM)

ifosfamide (cytostatic)

Ibuprofen (analgesic)

Glucose

Therapeutic classes contrast media (ICM) heavy metals in a hospital effluentndash Comparison with an urban effluent

Hospital effluent Mean value

Urban effluent Mean value

Degradacioacuten de faacutermacos modelo e identificacioacuten de productos de transformacioacuten en condiciones esteacuteriles

Nos permite demostrar que el hongo es

el responsable de la degradacioacuten

Tratamiento de efluentes reales en condiciones no esteacuteriles Cuantificacioacuten de la eliminacioacuten de faacutermacos y ecotoxicidad

Tratamiento de efluentes por hongos Degradacioacuten de faacutermacos

38

EXPERIMENTOS IN VIVO PARA CUANTIFICAR DEGRADACIOacuteN

EXPERIMENTOS PARA DETERMINAR EL PAPEL DE LOS ENZIMAS

- In vitro Lacasa comercial

- In vivo Inhibidores del citocrom P450 (1-aminobenzotriazole)

ESTUDIO DE LA TOXICIDAD (Microtox regTest )

- Bacteria bioluminescente V ficheri

- EC50 a los 15 min Concentracioacuten que disminuye la luz emitida por la bacteria al 50

- Cuanto mas alta sea la EC50 menor es la toxicidad

ANAgraveLISIS DE FAgraveRMACOS EXTRACCIOacuteN EN FASE SOacuteLIDA i HPLC

IDENTIFICACIOacuteN DE SUBPRODUCTOS Servei RMN-UAB

(Medio + contaminante) (Medio + contaminante+ hongo inactivado)

Adsorcioacuten Degradacioacuten miacutenima

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS INDIVIDUALES

EC50

50

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Control abioacutetico Control inactivado Experimental (Medio + contaminante+hongo activo)

Idaea-CSIC ICRA

Ketoprofeno

Eliminacioacute del 100

Metabolits hidroxilats

Perfil de concentracioacute de subproductes del ketoprofen

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS MODELO

IOPROMIDE degradation in Erlenmeyer flasks by

T versicolor pellets Time course degradation of Iopromide

added at approximately 12 mg L-1 Symbols non-inoculated controls ()

experimental cultures () heat-killed

controls () glucose () and laccase

activity (loz)

62 degradation is

observed after 7days of

exposure and remains

constant until the end of

the experiment

Toxicity by Microtox bioassay

Time EC50 ()

Non-biotic control 2

15min 2

8h 1

1d 43

4d 66

7d 87

12d 110

High toxicity at initial time

(EC50 2) Toxicity decreases

over time

Gros et al 2014 Water Research

Degradacioacuten de farmacos en aguas residuales

en bioreactor

CONDITIONS

Sterile effluent

No sterile

Batch

Continuous

Nutrients addition

Non-nutrients addition

Fluidized bed bioreactors 15

and 10 L

Air pulses

T versicolor in form of pellets

pH (45) and temperature (25ordmC)

control

MONITORING

Pharmaceuticals degradation

Acute toxicity (Microtox)

Laccase glucose etc

101

1-ep

oxyC

BZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Cipro

floxa

cin

50

100

150

200

250

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

Cef

alex

in

Ibup

rofe

n

Aceta

minop

hen

Azitro

micin

1

2

3

4

Ketop

rofe

n

Propr

anolol

Cita

lopr

am

Car

bamaz

epine

Acridon

e

Con

cen

tracioacute

(micro

g L

-1)

000

003

006

009

012

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS (Vila Universitaria de la UAB)

Tratamiento no esteril en batch

Eliminacioacuten completa del 70 de los faacutermacos detectados

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Comparacioacuten de la eliminacioacuten de los faacutermacos por el

hongo versus lodos activados (bibliografia)

Grup Fagravermac Concentracioacute

(microg L-1)

Eliminacioacute estegraveril

()

Eliminacioacute no estegraveril

()

Eliminacioacute per llots activats

() Analgegravesics Acetaminofen 387 100 100 82-99

Ibuprofen 1261 100 100 82-99 Ketoprofen lt048 35 100 lt50 Codeina 002 100 - lt82 Antibiogravetics Azitromicin 431 - 100 lt40

Ciprofloxacin 8471 - 35 50-96 (adsorcioacute) Cefalexin 059 - -51 96 β-blockers Propanolol 006 - 100 59-70 Psiquiatrics Carbamazepina 07 -37 Augmenta lt20 Augmenta

1011- epoxy CBZ 755 100 79 - 2-Hydroxy CBZ 1638 46 100 -

Acridone 101 100 Augmenta - Citalopram 01 100 100 -

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Porcentajes de eliminacioacuten superiores en el tratamiento por hongos

Problema cuantificacioacuten inicial de carbamazepina conjugacioacuten

Ace

tam

inop

hen

Ibup

rofen

Ket

opro

fen

Nap

roxe

n

Salicylic a

cid

Cod

eine

Phe

nazo

ne

Dex

amet

haso

ne

Diclofena

c

Piro

xica

m

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

500

1000

1500

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

50

Tratamiento no esteacuteril Analgeacutesicos

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

46

Cipro

floxa

cin

Oflo

xacin

Clarit

hrom

ycin

Sulfam

etho

xazo

le

Azith

rom

ycin

Met

ronida

zole

Met

ronida

zole-O

H

Trim

etho

prim

Dim

etrid

azole

Ron

idaz

ole

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

35

40

100

150

200

250

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Antibioacuteticos

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

101

1-ep

oxy

CBZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Car

bam

azep

ine

Acr

idon

e

Lora

zepa

m

Cita

lopr

am

Ven

lafaxine

Pra

vast

atin

Olanz

apine

Ser

tralin

e

Fluox

etine

Par

oxet

ine

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

000

025

050

075

100

400800

120016002000

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Faacutermacos de uso psiquiaacutetrico

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Ben

zotri

azole

OP2E

O

Eth

ylpa

rabe

n

Pro

pylpar

aben

BPA

OP

Con

cen

tration

(micro

g L

-1)

0

2

4

6

8

10

20

30

40

50

60

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Compuestos disruptores endocrinos

70 eliminacioacute

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Famiacutelia faacutermacos Tratamiento esteacuteril Tratamiento no esteacuteril

Carga inicial (microg)

Eliminacioacuten ()

Carga inicial (microg)

Eliminacioacute ()

Analgegravesics 1475 180 993 1511 179 988 Antibiogravetics 569 69 861 239 28 908 Cafeiumlna 757 92 79 1490 177 384 EDC 124 15 813 704 84 744 Iopromida 1046 128 755 4197 498 340 Altres fagravermacs 557 68 862 177 21 863 Psiquiagravetrics 3658 447 937 108 13 954 Cantidad total 8185 100 832 8427 100 533

Tratamiento adecuado para degradar faacutermacos en efluents de hospital

Siguiente objetivo Tratamiento en continuo de efluentes

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Fungal inoculated (I)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Non-inoculated (NI)

Non-sterile continuous

treatments of real effluents

VHW treatment

(

) Glucose concentration

(

) COD

(

) Laccase activity

(darr) Fungal biomass partial renovation

(mdash) Glucose addition rate

2 HRT studied

Decrease in laccase activity even with partial biomass renovation

Fungal inoculated (I)

Casas et al 2013 Env Technol 34 113

Glucose 026 g g DCW d

Ammonium 12 mg g DCW d

No glucose accumulation

Need for nutrients

Previous studies in synthetic

media and sterile conditions

CRT

Blaacutenquez et al 2006 Water Res 40 1650

CRT 21 days

13 biomass renovation every 7 days

CRT of 15 days

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Que es lo que sucede

Se muere el hongo aunque estamos renovando la

biomasa no hay suficiente hongo

No hay degradacioacuten

52

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

VHW treatment (2)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

NH4+ addition

PhACs removal

Fungal inoculated (I)

Non-inoculated (NI)

(

) Wastewater (Influent)

(

) Reactor effluent

The analyses have

been performed by

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Microbial community assessment (DGGE)

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Time

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Trametes versicolor

Candida spp

Fusarium solani

Unknown

T versicolor survived until the end of the treatment

laccase activity is not a good indicator

ESCENARIOS DE GESTIOacuteN DE EFLUENTES DE HOSPITAL

EDAR

No eliminacioacuten

de faacutermacos

Dilucioacuten en

el efluente

urbano

Aguas

urbanas

Fong

No eliminacioacuten

de DQO

Hongo Aguas

urbanas

EDAR

HOSPITAL

Srsquoha comprovat la capacitat de T versicolor per degradar fagravermacs

Badiacutea-Fabregat et al 2014 Rodriacuteguez-Rodriacuteguez et al 2014 Cruz-Moratoacute et al 2013

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Inconvenients al tractament drsquo

aiguumles drsquohospitals reals

- Necessitat drsquoaddicionar nutrients - Competegravencia amb bacteris

Possibles solucions Estrategravegies

- Pretractament de lrsquoefluent - Altres configuracions de reactors - Canvi en la font de carboni

Posada a punt del sistema TRH Relacioacute QRQL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

1 2 3

4

5

6

7

1 Tanc drsquoalimentacioacute 2 Tanc de mescla 3 Tanc drsquoeluents de

sortida 4 Bomba de recirculacioacute 5 Bioreactor 6 Entrada drsquoaire 7 Controlador de pH

TRH 3d

QL

QR

QL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

Desenvolupament processos

Efluent hospital

real (HWW)

Aiguumles residuals urbanes

(UWW)

Trametes versicolor

T versicolor crescut sobre fusta

Filtre percolador amb T versicolor crescut sobre fusta

Microalgues Degradacioacute a

escala Erlenmeyer Fotobioreactor FBR

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 17: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

TRATAMIENTO COLORANTE GRIS LANASET G

DEGRADACIOacuteN DEL COLORANTE GRIS LANASET G CON TRAMETES VERSICOLOR

Medida de la enzima lacasa intracelular y extracelular

98 de eliminacioacuten de color a las 75 h

(57 debido a la adsorcioacuten Killed control)

Medio inicial (A) y final (B) del tratamiento

Peacutelets antes (B) y despueacutes del tratamiento (C) y peacutelets tentildeidos con colorante a t=1h (A)

Tiempo (h)

0 50 100 150 200 250 300

Lacasa e

xtr

acelu

lar

tota

l (U

A)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

Lacasa intr

acelu

lar

tota

l (U

A)

0

40

80

120

160

200

240

280

Conc

colo

rante

(gl)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Conc

glu

cosa (

gl)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Activitat extracelular

Activitat intracelular

Colorante

Glucosa

Glu

cosa

(g

l)

Co

lora

nte

(m

gl)

DEGRADACIOacuteN DE COLORANTES TEXTILES

Antes de las 24h deteccioacuten de lacasa intracelular

Si la enzima lacasa es la responsable de la degradacion

Porque utilizar microorganismos y no enzimas

Es mas facil trabajar con enzimas que con

microorganismos

Se puede utilizar la dosis de enzima necesaria

Perohellip

Un unico enzima puede degradar todos los colorantes en un efluente

Los enzimas hasta donde llegan Degradantransformanmineralizan

Un unico enzima puede hacer lo mismo que un microorganismo que es

multienzimaacutetico

APLICACIOacuteN DEL PROCESO DE DECOLORACIOacuteN A DIFERENTES COLORANTES

RESULTADOS DE DEGRADACIOacuteN DE LOS COLORANTES AacuteCIDOS

Colorante Lanasyn Grey

(Azo complejo metaacutelico)

Alizarin Red S

(Antraquinoacutenico)

Acid Fuchsin

(Triarilmetano)

Decoloracioacuten 796 938 9998

Reduccioacuten Toxicidad 12 12 19

O

N

NH

C OEt

O

N

S

O

MeO

O

C

O

OEt

NH R

H+

Cr3+

N

N

R

OO

S O

O

Me

O

O

OH

SO3Na

NH2

SO3

C

H3C

H2N

NaO3S

NH2

SO3Na

DEGRADACIOacuteN DE COLORANTES TEXTILES

ESTUDI DEL PROCEacuteS DEGRADACIOacute DE COLORANTS TEgraveXTILS AMB EL FONG Trametes versicolor

COLORANT Trametes versicolor ENZIM 1210 UL

Nom comuacute Classificacioacute quiacutemica Decoloracioacute

24 i 100 h

Decoloracioacute

24h

Acid Fuchsin Trifenilmetagrave 98-99 28

Acid Green 16 Trifenilmetagrave 90-99 60 gt

24h

Alizarin Red S Antraquinogravenic 92-94 84

Amino Black 10 Diazo 96-99 93

Azocarmine B Quinoneimine 90-99 84

Basic Fuchsin Trifenilmetagrave 12-40 18

Brilliant Green 1 Trifenilmetagrave 55-93 90

Brilliant Green 20 Trifenilmetagrave 76-78 90

Burdeos Lanset B (mescla) 83-88 67

Gris Lanaset G (mescla) 92-98 35

Pardo Lanaset B (mescla) 64-81 60

Lanasyn Grey G Metagravelmiddotlic azoic 72-87 49

Methylene Blue Tiazina 14-28 37

Naphtol Yellow S Nitro 8-50-92 (240h) 0

Orange G Azo 97-99 87

Desactivacioacute enzimagravetica

DEGRADACIOacute DE COLORANTS comparacioacute fong vs enzim lacasa

Biodegradacioacute drsquoaltres famiacutelies de colorants

2D Graph 3

Tems (h)

0 20 40 60 80 100 120

Co

nc

en

tra

cioacute

co

lor

(mg

L)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Ac

tivit

at

(UL

)

0

20

40

60

80

100

120

140

Temps GLG (h) vs GLG (mgl)

Temps OG (h) vs OG (mgl)

Temps AF (h) vs AF (mgl)

Temps GLG-2 (h) vs GLG-2 (mgl)

Temps GLG (h) vs Activitat GLG (UA)

Temps OG (h) vs Activitat OG (UA)

Temps ARS (h) vs Activitat ARS (UA)

Temps GLG-2 (h) vs Activitat GLG-2 (UA) Temps ARS (h) vs ASR (mgl)

Temps AF (h) vs Activitat AF (UA)

DISCONTINUS REPETITS 24 hores

Gris Lanaset G co = 1556 mgL 946 decol

Orange G co = 1509 mgL 974 decol

Alizarin Red S co = 1425 mgL 874 decol

Acid Fuchsin co = 1370 mgL 982 decol

Gris Lanaset G co = 732 mgL 776 decol

Productes de degradacioacute del metabolisme del

fong per diferents famiacutelies de colorants

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 ppmLongitud dona (nm)

350 400 450 500 550 600 650

Absorb

agravencia

00

02

04

06

08

10

Temps 0 min

Temps 8 min

Temps 30 min

Temps 60 min

Temps 2h

Temps 4h

Temps 24h

0 min

4 h

24 h

60 min

2 h

30 min

8 min

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

Brilliant Green 1

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

NH(CH2CH3)2 + +

EL FONG EacuteS CAPACcedil DE DEGRADAR AgraveCID BENZOIC en 24 hores

H-RMN en liacutenea

Orange G

NH2CH2N

NH2

No subproductes

Acid Fuchsin

WRF

Citocromo P450

2 Lacasas

Lignina peroxidasa

Peroxidasa versaacutetil

MnP

1 Pero

xidasas

Enzimas modificadoras de lignina

Trametes versicolor

Enzimas extracelulares Enzimas intracelulares

Hidroxilacioacuten

Epoxidacioacuten

Reduccioacuten Desalquilacioacuten

Oxigenacioacuten

Ruptura C-C

Desmetilacioacuten

Hidroxilacioacuten Dipolimerizacioacuten fenoles

Oxidacioacuten alcoholes

El mecanismo de degradacioacuten de algunos contaminantes no esta ligado a la produccioacuten de los enzimas extracelulares sino al sistema intracelular Cytocromo P450 monooxigenasa

Identificacioacuten gen cyt P450 en P chrysosporium 1997 y en T versicolor 2002

Objetivo desarrollo de proceso

Reactor fludizado por pulsos de aire

Fong en forma de pegravelmiddotlets Biomassa fluiumlditzada per polsos drsquoaire Tordf ograveptima fong 25ordmC pH ograveptim fong 45 Nutrients (CN) y micronutrients Avaluacioacute activitat fuacutengica enzim lacasa Condicions esterils

Temps (d)

0 5 10 15 20

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Laca

sa (

UA

l)

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

Reducc

ioacute d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Glucosa

Lacasa

Reduccioacute de color

TRH (h)

0 20 40 60 80 100 120

mg G

LG e

limin

ats

lmiddoth

0

5

10

15

20

25

30

Experimental

Normativa

Efecte del TRH

TRH 48 h

Temps (d)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Laca

sa (

UA

l)

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

Reducc

ioacute d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Glucosa

Lacasa

Reduccioacute de color

0

20

40

60

80

100

0 7 14 21 28 35 42 49 56 63P

erc

en

tatg

e d

e b

iom

as

sa

()

Temps (d)

gt42 dies

35 dies

28 dies

21 dies

14 dies

7 dies

0 dies

Estrategravegia purga i renovacioacute 13 de la

biomassa cada 7 dies

TRC 21 dies

decoloracions gt 90

distribucioacute drsquoedats constant

82 biomassa amb lt28 dies

Pegraverdua morfologiacutea dels pegravelmiddotlets lisis celmiddotlular

Tiempo (d)0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Laca

sa (

UA

l)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

Reducc

ioacuten d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

10068 525 59 72 4848

- Renovar la biomassa - Ni macro ni micronutrients - Glucosa qualitat industrial - Colorant no estegraveril

Formulacioacute del medi de cultiu

Seleccioacute del bioreactor

Escalat

Escalat de la produccioacute de biomassa

Produccioacute de pegravelmiddotlets clagravessica

Coll drsquoampolla

Cost medi (extracte de malta)

Limitacioacute en la produccioacute a escala Erlenmeyer

Objectius

Morfologia en forma de pelmiddotlets

Mida plusmn 3mm

Pasos experimentals

40 x

Biomassa gt 3 g DCWmiddotl-1

Morfologia adequada

280

598 0

50

100

150

200

250

300

Malt extract Defined medium

Co

st (

euromiddotK

g-1) Reduccioacute de cost 98

Escalat de la produccioacute de biomassa

La enzima lacasa es uno de los principales

catalizadores de la biodegradacioacuten pero no el uacutenico

responsable

El hongo degrada casi todos los colorantes

(algunos si estan en concentraciones subtoacutexicas)

La monitorizacioacuten de la produccioacuten enzimaacutetica y

consumo de glucosa son buenos indicadores de la

actividad metaboacutelica del hongo hay que

suministrar nutrientes para mantener la actividad

enzimaacutetica

El hongo puede degradar metabolitos resultantes

de la degradacioacuten que el enzima lacasa no puede

degradar

Algunas conclusiones

Porque utilizar microorganismos y no enzimas

si es mucho mas facil dosificar enzimas

los efluentes a tratar (liacutequidos o soacutelidos) contienen

una mezcla muy compleja de contaminantes no

podemos optimizar ni el enzima ni las condiciones

es difiacutecil que un enzima pueda degradar todos los

contaminantes presentes

en muchos casos los enzimas solo realizan un paso

de la transformacioacuten y se pueden formar TPs toacutexicos

o no biodegradables

el microorganismo es un sistema multienzimaacutetico

2010 20151985 1990 1995 2000 2005

Cronograma de los trabajos publicados en relacioacuten a biodegradacioacuten de contaminantes por hongos en medio liacutequido

Contaminantes emergentes

Pesticidas (DDT amp DDE)

PCBs HAPs Disolventes clorados

AR de produccioacuten Aceite de oliva

AR de la induacutestria del papel

Retardantes de llama (Bromados)

Faacutermacos

Filtros solares UV

Deteccioacuten faacutermacos en medio ambient

Colorantes sinteacuteticos Explosivos

TNT y nitroglicerina

AR de la industria textil

ASPECTOS GENERALES

A que se llama contaminantes emergentes

Productos considerados contaminantes actualmente pero no en el pasado presentes de forma constante en el medio ambiente a bajas concentraciones provocando problemas en el ecosistema y pendientes de ser regulados en un futuro proacuteximo

Entre ellos se incluyen los faacutermacos drogas de abuso productos asociados a la higiene y cuidado corporal retardantes de llama plaguicidashellip Caracteriacutesticas

alto consumo acumulacioacuten en el medio y organismos potencial disruptor endocrino toxicidadhellip

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

EDAR

Mezcla de ldquocontaminantes emergentesrdquo

metabolitos

substancias conjugadas

EXCRECIOacuteNVERTIDO

Retenidos en los lodos

inalterados

transformados

Mineralizados

Transformados

Inalterados

Presencia en aguas subterraneas superficiales y

sedimentos

Presencia en suelos

efluente

influente

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

bull 2005 la mayoriacutea de estudios realizados se centran en ndash Puesta a punto de meacutetodos analiacuteticos

ndash Deteccioacuten en aguas superficiales y subterraacuteneas

ndash Deteccioacuten en sistemas de tratamiento convencionales (EDARs)

ndash Deteccioacuten en efluentes de hospitales

bull Algunos estudios de degradacioacuten por bacterias en efluentes

bull Escasos (ninguno) estudios de degradacioacuten en lodos

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

HONGOS

Cual es el principal problema que presenta estudiar su degradacioacuten

Las bajas concentraciones en que se encuentran y el

hecho de estar en matrices muy complejas dificulta

su deteccioacuten y cuantificacioacuten

Aplicacioacuten en matrices liquidas y soacutelidas

Matrices liacutequidas

Aguas residuales de hospital

Aguas residuales de la Vila Universitaria

Concentrado de un proceso de membranas

Aguas de un hospital veterinario

Matrices solidas

Lodos de depuradoras urbanas

Lodos de reactor MBR

37 Verlicchi et al J hydrology 2010 also WST 2010

erythromycin (antibiotic)

Iopromide (ICM)

ifosfamide (cytostatic)

Ibuprofen (analgesic)

Glucose

Therapeutic classes contrast media (ICM) heavy metals in a hospital effluentndash Comparison with an urban effluent

Hospital effluent Mean value

Urban effluent Mean value

Degradacioacuten de faacutermacos modelo e identificacioacuten de productos de transformacioacuten en condiciones esteacuteriles

Nos permite demostrar que el hongo es

el responsable de la degradacioacuten

Tratamiento de efluentes reales en condiciones no esteacuteriles Cuantificacioacuten de la eliminacioacuten de faacutermacos y ecotoxicidad

Tratamiento de efluentes por hongos Degradacioacuten de faacutermacos

38

EXPERIMENTOS IN VIVO PARA CUANTIFICAR DEGRADACIOacuteN

EXPERIMENTOS PARA DETERMINAR EL PAPEL DE LOS ENZIMAS

- In vitro Lacasa comercial

- In vivo Inhibidores del citocrom P450 (1-aminobenzotriazole)

ESTUDIO DE LA TOXICIDAD (Microtox regTest )

- Bacteria bioluminescente V ficheri

- EC50 a los 15 min Concentracioacuten que disminuye la luz emitida por la bacteria al 50

- Cuanto mas alta sea la EC50 menor es la toxicidad

ANAgraveLISIS DE FAgraveRMACOS EXTRACCIOacuteN EN FASE SOacuteLIDA i HPLC

IDENTIFICACIOacuteN DE SUBPRODUCTOS Servei RMN-UAB

(Medio + contaminante) (Medio + contaminante+ hongo inactivado)

Adsorcioacuten Degradacioacuten miacutenima

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS INDIVIDUALES

EC50

50

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Control abioacutetico Control inactivado Experimental (Medio + contaminante+hongo activo)

Idaea-CSIC ICRA

Ketoprofeno

Eliminacioacute del 100

Metabolits hidroxilats

Perfil de concentracioacute de subproductes del ketoprofen

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS MODELO

IOPROMIDE degradation in Erlenmeyer flasks by

T versicolor pellets Time course degradation of Iopromide

added at approximately 12 mg L-1 Symbols non-inoculated controls ()

experimental cultures () heat-killed

controls () glucose () and laccase

activity (loz)

62 degradation is

observed after 7days of

exposure and remains

constant until the end of

the experiment

Toxicity by Microtox bioassay

Time EC50 ()

Non-biotic control 2

15min 2

8h 1

1d 43

4d 66

7d 87

12d 110

High toxicity at initial time

(EC50 2) Toxicity decreases

over time

Gros et al 2014 Water Research

Degradacioacuten de farmacos en aguas residuales

en bioreactor

CONDITIONS

Sterile effluent

No sterile

Batch

Continuous

Nutrients addition

Non-nutrients addition

Fluidized bed bioreactors 15

and 10 L

Air pulses

T versicolor in form of pellets

pH (45) and temperature (25ordmC)

control

MONITORING

Pharmaceuticals degradation

Acute toxicity (Microtox)

Laccase glucose etc

101

1-ep

oxyC

BZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Cipro

floxa

cin

50

100

150

200

250

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

Cef

alex

in

Ibup

rofe

n

Aceta

minop

hen

Azitro

micin

1

2

3

4

Ketop

rofe

n

Propr

anolol

Cita

lopr

am

Car

bamaz

epine

Acridon

e

Con

cen

tracioacute

(micro

g L

-1)

000

003

006

009

012

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS (Vila Universitaria de la UAB)

Tratamiento no esteril en batch

Eliminacioacuten completa del 70 de los faacutermacos detectados

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Comparacioacuten de la eliminacioacuten de los faacutermacos por el

hongo versus lodos activados (bibliografia)

Grup Fagravermac Concentracioacute

(microg L-1)

Eliminacioacute estegraveril

()

Eliminacioacute no estegraveril

()

Eliminacioacute per llots activats

() Analgegravesics Acetaminofen 387 100 100 82-99

Ibuprofen 1261 100 100 82-99 Ketoprofen lt048 35 100 lt50 Codeina 002 100 - lt82 Antibiogravetics Azitromicin 431 - 100 lt40

Ciprofloxacin 8471 - 35 50-96 (adsorcioacute) Cefalexin 059 - -51 96 β-blockers Propanolol 006 - 100 59-70 Psiquiatrics Carbamazepina 07 -37 Augmenta lt20 Augmenta

1011- epoxy CBZ 755 100 79 - 2-Hydroxy CBZ 1638 46 100 -

Acridone 101 100 Augmenta - Citalopram 01 100 100 -

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Porcentajes de eliminacioacuten superiores en el tratamiento por hongos

Problema cuantificacioacuten inicial de carbamazepina conjugacioacuten

Ace

tam

inop

hen

Ibup

rofen

Ket

opro

fen

Nap

roxe

n

Salicylic a

cid

Cod

eine

Phe

nazo

ne

Dex

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haso

ne

Diclofena

c

Piro

xica

m

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

500

1000

1500

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

50

Tratamiento no esteacuteril Analgeacutesicos

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

46

Cipro

floxa

cin

Oflo

xacin

Clarit

hrom

ycin

Sulfam

etho

xazo

le

Azith

rom

ycin

Met

ronida

zole

Met

ronida

zole-O

H

Trim

etho

prim

Dim

etrid

azole

Ron

idaz

ole

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

35

40

100

150

200

250

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Antibioacuteticos

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

101

1-ep

oxy

CBZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Car

bam

azep

ine

Acr

idon

e

Lora

zepa

m

Cita

lopr

am

Ven

lafaxine

Pra

vast

atin

Olanz

apine

Ser

tralin

e

Fluox

etine

Par

oxet

ine

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

000

025

050

075

100

400800

120016002000

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Faacutermacos de uso psiquiaacutetrico

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Ben

zotri

azole

OP2E

O

Eth

ylpa

rabe

n

Pro

pylpar

aben

BPA

OP

Con

cen

tration

(micro

g L

-1)

0

2

4

6

8

10

20

30

40

50

60

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Compuestos disruptores endocrinos

70 eliminacioacute

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Famiacutelia faacutermacos Tratamiento esteacuteril Tratamiento no esteacuteril

Carga inicial (microg)

Eliminacioacuten ()

Carga inicial (microg)

Eliminacioacute ()

Analgegravesics 1475 180 993 1511 179 988 Antibiogravetics 569 69 861 239 28 908 Cafeiumlna 757 92 79 1490 177 384 EDC 124 15 813 704 84 744 Iopromida 1046 128 755 4197 498 340 Altres fagravermacs 557 68 862 177 21 863 Psiquiagravetrics 3658 447 937 108 13 954 Cantidad total 8185 100 832 8427 100 533

Tratamiento adecuado para degradar faacutermacos en efluents de hospital

Siguiente objetivo Tratamiento en continuo de efluentes

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Fungal inoculated (I)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Non-inoculated (NI)

Non-sterile continuous

treatments of real effluents

VHW treatment

(

) Glucose concentration

(

) COD

(

) Laccase activity

(darr) Fungal biomass partial renovation

(mdash) Glucose addition rate

2 HRT studied

Decrease in laccase activity even with partial biomass renovation

Fungal inoculated (I)

Casas et al 2013 Env Technol 34 113

Glucose 026 g g DCW d

Ammonium 12 mg g DCW d

No glucose accumulation

Need for nutrients

Previous studies in synthetic

media and sterile conditions

CRT

Blaacutenquez et al 2006 Water Res 40 1650

CRT 21 days

13 biomass renovation every 7 days

CRT of 15 days

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Que es lo que sucede

Se muere el hongo aunque estamos renovando la

biomasa no hay suficiente hongo

No hay degradacioacuten

52

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

VHW treatment (2)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

NH4+ addition

PhACs removal

Fungal inoculated (I)

Non-inoculated (NI)

(

) Wastewater (Influent)

(

) Reactor effluent

The analyses have

been performed by

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Microbial community assessment (DGGE)

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Time

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Trametes versicolor

Candida spp

Fusarium solani

Unknown

T versicolor survived until the end of the treatment

laccase activity is not a good indicator

ESCENARIOS DE GESTIOacuteN DE EFLUENTES DE HOSPITAL

EDAR

No eliminacioacuten

de faacutermacos

Dilucioacuten en

el efluente

urbano

Aguas

urbanas

Fong

No eliminacioacuten

de DQO

Hongo Aguas

urbanas

EDAR

HOSPITAL

Srsquoha comprovat la capacitat de T versicolor per degradar fagravermacs

Badiacutea-Fabregat et al 2014 Rodriacuteguez-Rodriacuteguez et al 2014 Cruz-Moratoacute et al 2013

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Inconvenients al tractament drsquo

aiguumles drsquohospitals reals

- Necessitat drsquoaddicionar nutrients - Competegravencia amb bacteris

Possibles solucions Estrategravegies

- Pretractament de lrsquoefluent - Altres configuracions de reactors - Canvi en la font de carboni

Posada a punt del sistema TRH Relacioacute QRQL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

1 2 3

4

5

6

7

1 Tanc drsquoalimentacioacute 2 Tanc de mescla 3 Tanc drsquoeluents de

sortida 4 Bomba de recirculacioacute 5 Bioreactor 6 Entrada drsquoaire 7 Controlador de pH

TRH 3d

QL

QR

QL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

Desenvolupament processos

Efluent hospital

real (HWW)

Aiguumles residuals urbanes

(UWW)

Trametes versicolor

T versicolor crescut sobre fusta

Filtre percolador amb T versicolor crescut sobre fusta

Microalgues Degradacioacute a

escala Erlenmeyer Fotobioreactor FBR

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 18: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

Si la enzima lacasa es la responsable de la degradacion

Porque utilizar microorganismos y no enzimas

Es mas facil trabajar con enzimas que con

microorganismos

Se puede utilizar la dosis de enzima necesaria

Perohellip

Un unico enzima puede degradar todos los colorantes en un efluente

Los enzimas hasta donde llegan Degradantransformanmineralizan

Un unico enzima puede hacer lo mismo que un microorganismo que es

multienzimaacutetico

APLICACIOacuteN DEL PROCESO DE DECOLORACIOacuteN A DIFERENTES COLORANTES

RESULTADOS DE DEGRADACIOacuteN DE LOS COLORANTES AacuteCIDOS

Colorante Lanasyn Grey

(Azo complejo metaacutelico)

Alizarin Red S

(Antraquinoacutenico)

Acid Fuchsin

(Triarilmetano)

Decoloracioacuten 796 938 9998

Reduccioacuten Toxicidad 12 12 19

O

N

NH

C OEt

O

N

S

O

MeO

O

C

O

OEt

NH R

H+

Cr3+

N

N

R

OO

S O

O

Me

O

O

OH

SO3Na

NH2

SO3

C

H3C

H2N

NaO3S

NH2

SO3Na

DEGRADACIOacuteN DE COLORANTES TEXTILES

ESTUDI DEL PROCEacuteS DEGRADACIOacute DE COLORANTS TEgraveXTILS AMB EL FONG Trametes versicolor

COLORANT Trametes versicolor ENZIM 1210 UL

Nom comuacute Classificacioacute quiacutemica Decoloracioacute

24 i 100 h

Decoloracioacute

24h

Acid Fuchsin Trifenilmetagrave 98-99 28

Acid Green 16 Trifenilmetagrave 90-99 60 gt

24h

Alizarin Red S Antraquinogravenic 92-94 84

Amino Black 10 Diazo 96-99 93

Azocarmine B Quinoneimine 90-99 84

Basic Fuchsin Trifenilmetagrave 12-40 18

Brilliant Green 1 Trifenilmetagrave 55-93 90

Brilliant Green 20 Trifenilmetagrave 76-78 90

Burdeos Lanset B (mescla) 83-88 67

Gris Lanaset G (mescla) 92-98 35

Pardo Lanaset B (mescla) 64-81 60

Lanasyn Grey G Metagravelmiddotlic azoic 72-87 49

Methylene Blue Tiazina 14-28 37

Naphtol Yellow S Nitro 8-50-92 (240h) 0

Orange G Azo 97-99 87

Desactivacioacute enzimagravetica

DEGRADACIOacute DE COLORANTS comparacioacute fong vs enzim lacasa

Biodegradacioacute drsquoaltres famiacutelies de colorants

2D Graph 3

Tems (h)

0 20 40 60 80 100 120

Co

nc

en

tra

cioacute

co

lor

(mg

L)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Ac

tivit

at

(UL

)

0

20

40

60

80

100

120

140

Temps GLG (h) vs GLG (mgl)

Temps OG (h) vs OG (mgl)

Temps AF (h) vs AF (mgl)

Temps GLG-2 (h) vs GLG-2 (mgl)

Temps GLG (h) vs Activitat GLG (UA)

Temps OG (h) vs Activitat OG (UA)

Temps ARS (h) vs Activitat ARS (UA)

Temps GLG-2 (h) vs Activitat GLG-2 (UA) Temps ARS (h) vs ASR (mgl)

Temps AF (h) vs Activitat AF (UA)

DISCONTINUS REPETITS 24 hores

Gris Lanaset G co = 1556 mgL 946 decol

Orange G co = 1509 mgL 974 decol

Alizarin Red S co = 1425 mgL 874 decol

Acid Fuchsin co = 1370 mgL 982 decol

Gris Lanaset G co = 732 mgL 776 decol

Productes de degradacioacute del metabolisme del

fong per diferents famiacutelies de colorants

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 ppmLongitud dona (nm)

350 400 450 500 550 600 650

Absorb

agravencia

00

02

04

06

08

10

Temps 0 min

Temps 8 min

Temps 30 min

Temps 60 min

Temps 2h

Temps 4h

Temps 24h

0 min

4 h

24 h

60 min

2 h

30 min

8 min

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

Brilliant Green 1

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

NH(CH2CH3)2 + +

EL FONG EacuteS CAPACcedil DE DEGRADAR AgraveCID BENZOIC en 24 hores

H-RMN en liacutenea

Orange G

NH2CH2N

NH2

No subproductes

Acid Fuchsin

WRF

Citocromo P450

2 Lacasas

Lignina peroxidasa

Peroxidasa versaacutetil

MnP

1 Pero

xidasas

Enzimas modificadoras de lignina

Trametes versicolor

Enzimas extracelulares Enzimas intracelulares

Hidroxilacioacuten

Epoxidacioacuten

Reduccioacuten Desalquilacioacuten

Oxigenacioacuten

Ruptura C-C

Desmetilacioacuten

Hidroxilacioacuten Dipolimerizacioacuten fenoles

Oxidacioacuten alcoholes

El mecanismo de degradacioacuten de algunos contaminantes no esta ligado a la produccioacuten de los enzimas extracelulares sino al sistema intracelular Cytocromo P450 monooxigenasa

Identificacioacuten gen cyt P450 en P chrysosporium 1997 y en T versicolor 2002

Objetivo desarrollo de proceso

Reactor fludizado por pulsos de aire

Fong en forma de pegravelmiddotlets Biomassa fluiumlditzada per polsos drsquoaire Tordf ograveptima fong 25ordmC pH ograveptim fong 45 Nutrients (CN) y micronutrients Avaluacioacute activitat fuacutengica enzim lacasa Condicions esterils

Temps (d)

0 5 10 15 20

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Laca

sa (

UA

l)

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

Reducc

ioacute d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Glucosa

Lacasa

Reduccioacute de color

TRH (h)

0 20 40 60 80 100 120

mg G

LG e

limin

ats

lmiddoth

0

5

10

15

20

25

30

Experimental

Normativa

Efecte del TRH

TRH 48 h

Temps (d)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Laca

sa (

UA

l)

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

Reducc

ioacute d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Glucosa

Lacasa

Reduccioacute de color

0

20

40

60

80

100

0 7 14 21 28 35 42 49 56 63P

erc

en

tatg

e d

e b

iom

as

sa

()

Temps (d)

gt42 dies

35 dies

28 dies

21 dies

14 dies

7 dies

0 dies

Estrategravegia purga i renovacioacute 13 de la

biomassa cada 7 dies

TRC 21 dies

decoloracions gt 90

distribucioacute drsquoedats constant

82 biomassa amb lt28 dies

Pegraverdua morfologiacutea dels pegravelmiddotlets lisis celmiddotlular

Tiempo (d)0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Laca

sa (

UA

l)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

Reducc

ioacuten d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

10068 525 59 72 4848

- Renovar la biomassa - Ni macro ni micronutrients - Glucosa qualitat industrial - Colorant no estegraveril

Formulacioacute del medi de cultiu

Seleccioacute del bioreactor

Escalat

Escalat de la produccioacute de biomassa

Produccioacute de pegravelmiddotlets clagravessica

Coll drsquoampolla

Cost medi (extracte de malta)

Limitacioacute en la produccioacute a escala Erlenmeyer

Objectius

Morfologia en forma de pelmiddotlets

Mida plusmn 3mm

Pasos experimentals

40 x

Biomassa gt 3 g DCWmiddotl-1

Morfologia adequada

280

598 0

50

100

150

200

250

300

Malt extract Defined medium

Co

st (

euromiddotK

g-1) Reduccioacute de cost 98

Escalat de la produccioacute de biomassa

La enzima lacasa es uno de los principales

catalizadores de la biodegradacioacuten pero no el uacutenico

responsable

El hongo degrada casi todos los colorantes

(algunos si estan en concentraciones subtoacutexicas)

La monitorizacioacuten de la produccioacuten enzimaacutetica y

consumo de glucosa son buenos indicadores de la

actividad metaboacutelica del hongo hay que

suministrar nutrientes para mantener la actividad

enzimaacutetica

El hongo puede degradar metabolitos resultantes

de la degradacioacuten que el enzima lacasa no puede

degradar

Algunas conclusiones

Porque utilizar microorganismos y no enzimas

si es mucho mas facil dosificar enzimas

los efluentes a tratar (liacutequidos o soacutelidos) contienen

una mezcla muy compleja de contaminantes no

podemos optimizar ni el enzima ni las condiciones

es difiacutecil que un enzima pueda degradar todos los

contaminantes presentes

en muchos casos los enzimas solo realizan un paso

de la transformacioacuten y se pueden formar TPs toacutexicos

o no biodegradables

el microorganismo es un sistema multienzimaacutetico

2010 20151985 1990 1995 2000 2005

Cronograma de los trabajos publicados en relacioacuten a biodegradacioacuten de contaminantes por hongos en medio liacutequido

Contaminantes emergentes

Pesticidas (DDT amp DDE)

PCBs HAPs Disolventes clorados

AR de produccioacuten Aceite de oliva

AR de la induacutestria del papel

Retardantes de llama (Bromados)

Faacutermacos

Filtros solares UV

Deteccioacuten faacutermacos en medio ambient

Colorantes sinteacuteticos Explosivos

TNT y nitroglicerina

AR de la industria textil

ASPECTOS GENERALES

A que se llama contaminantes emergentes

Productos considerados contaminantes actualmente pero no en el pasado presentes de forma constante en el medio ambiente a bajas concentraciones provocando problemas en el ecosistema y pendientes de ser regulados en un futuro proacuteximo

Entre ellos se incluyen los faacutermacos drogas de abuso productos asociados a la higiene y cuidado corporal retardantes de llama plaguicidashellip Caracteriacutesticas

alto consumo acumulacioacuten en el medio y organismos potencial disruptor endocrino toxicidadhellip

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

EDAR

Mezcla de ldquocontaminantes emergentesrdquo

metabolitos

substancias conjugadas

EXCRECIOacuteNVERTIDO

Retenidos en los lodos

inalterados

transformados

Mineralizados

Transformados

Inalterados

Presencia en aguas subterraneas superficiales y

sedimentos

Presencia en suelos

efluente

influente

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

bull 2005 la mayoriacutea de estudios realizados se centran en ndash Puesta a punto de meacutetodos analiacuteticos

ndash Deteccioacuten en aguas superficiales y subterraacuteneas

ndash Deteccioacuten en sistemas de tratamiento convencionales (EDARs)

ndash Deteccioacuten en efluentes de hospitales

bull Algunos estudios de degradacioacuten por bacterias en efluentes

bull Escasos (ninguno) estudios de degradacioacuten en lodos

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

HONGOS

Cual es el principal problema que presenta estudiar su degradacioacuten

Las bajas concentraciones en que se encuentran y el

hecho de estar en matrices muy complejas dificulta

su deteccioacuten y cuantificacioacuten

Aplicacioacuten en matrices liquidas y soacutelidas

Matrices liacutequidas

Aguas residuales de hospital

Aguas residuales de la Vila Universitaria

Concentrado de un proceso de membranas

Aguas de un hospital veterinario

Matrices solidas

Lodos de depuradoras urbanas

Lodos de reactor MBR

37 Verlicchi et al J hydrology 2010 also WST 2010

erythromycin (antibiotic)

Iopromide (ICM)

ifosfamide (cytostatic)

Ibuprofen (analgesic)

Glucose

Therapeutic classes contrast media (ICM) heavy metals in a hospital effluentndash Comparison with an urban effluent

Hospital effluent Mean value

Urban effluent Mean value

Degradacioacuten de faacutermacos modelo e identificacioacuten de productos de transformacioacuten en condiciones esteacuteriles

Nos permite demostrar que el hongo es

el responsable de la degradacioacuten

Tratamiento de efluentes reales en condiciones no esteacuteriles Cuantificacioacuten de la eliminacioacuten de faacutermacos y ecotoxicidad

Tratamiento de efluentes por hongos Degradacioacuten de faacutermacos

38

EXPERIMENTOS IN VIVO PARA CUANTIFICAR DEGRADACIOacuteN

EXPERIMENTOS PARA DETERMINAR EL PAPEL DE LOS ENZIMAS

- In vitro Lacasa comercial

- In vivo Inhibidores del citocrom P450 (1-aminobenzotriazole)

ESTUDIO DE LA TOXICIDAD (Microtox regTest )

- Bacteria bioluminescente V ficheri

- EC50 a los 15 min Concentracioacuten que disminuye la luz emitida por la bacteria al 50

- Cuanto mas alta sea la EC50 menor es la toxicidad

ANAgraveLISIS DE FAgraveRMACOS EXTRACCIOacuteN EN FASE SOacuteLIDA i HPLC

IDENTIFICACIOacuteN DE SUBPRODUCTOS Servei RMN-UAB

(Medio + contaminante) (Medio + contaminante+ hongo inactivado)

Adsorcioacuten Degradacioacuten miacutenima

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS INDIVIDUALES

EC50

50

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Control abioacutetico Control inactivado Experimental (Medio + contaminante+hongo activo)

Idaea-CSIC ICRA

Ketoprofeno

Eliminacioacute del 100

Metabolits hidroxilats

Perfil de concentracioacute de subproductes del ketoprofen

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS MODELO

IOPROMIDE degradation in Erlenmeyer flasks by

T versicolor pellets Time course degradation of Iopromide

added at approximately 12 mg L-1 Symbols non-inoculated controls ()

experimental cultures () heat-killed

controls () glucose () and laccase

activity (loz)

62 degradation is

observed after 7days of

exposure and remains

constant until the end of

the experiment

Toxicity by Microtox bioassay

Time EC50 ()

Non-biotic control 2

15min 2

8h 1

1d 43

4d 66

7d 87

12d 110

High toxicity at initial time

(EC50 2) Toxicity decreases

over time

Gros et al 2014 Water Research

Degradacioacuten de farmacos en aguas residuales

en bioreactor

CONDITIONS

Sterile effluent

No sterile

Batch

Continuous

Nutrients addition

Non-nutrients addition

Fluidized bed bioreactors 15

and 10 L

Air pulses

T versicolor in form of pellets

pH (45) and temperature (25ordmC)

control

MONITORING

Pharmaceuticals degradation

Acute toxicity (Microtox)

Laccase glucose etc

101

1-ep

oxyC

BZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Cipro

floxa

cin

50

100

150

200

250

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

Cef

alex

in

Ibup

rofe

n

Aceta

minop

hen

Azitro

micin

1

2

3

4

Ketop

rofe

n

Propr

anolol

Cita

lopr

am

Car

bamaz

epine

Acridon

e

Con

cen

tracioacute

(micro

g L

-1)

000

003

006

009

012

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS (Vila Universitaria de la UAB)

Tratamiento no esteril en batch

Eliminacioacuten completa del 70 de los faacutermacos detectados

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Comparacioacuten de la eliminacioacuten de los faacutermacos por el

hongo versus lodos activados (bibliografia)

Grup Fagravermac Concentracioacute

(microg L-1)

Eliminacioacute estegraveril

()

Eliminacioacute no estegraveril

()

Eliminacioacute per llots activats

() Analgegravesics Acetaminofen 387 100 100 82-99

Ibuprofen 1261 100 100 82-99 Ketoprofen lt048 35 100 lt50 Codeina 002 100 - lt82 Antibiogravetics Azitromicin 431 - 100 lt40

Ciprofloxacin 8471 - 35 50-96 (adsorcioacute) Cefalexin 059 - -51 96 β-blockers Propanolol 006 - 100 59-70 Psiquiatrics Carbamazepina 07 -37 Augmenta lt20 Augmenta

1011- epoxy CBZ 755 100 79 - 2-Hydroxy CBZ 1638 46 100 -

Acridone 101 100 Augmenta - Citalopram 01 100 100 -

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Porcentajes de eliminacioacuten superiores en el tratamiento por hongos

Problema cuantificacioacuten inicial de carbamazepina conjugacioacuten

Ace

tam

inop

hen

Ibup

rofen

Ket

opro

fen

Nap

roxe

n

Salicylic a

cid

Cod

eine

Phe

nazo

ne

Dex

amet

haso

ne

Diclofena

c

Piro

xica

m

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

500

1000

1500

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

50

Tratamiento no esteacuteril Analgeacutesicos

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

46

Cipro

floxa

cin

Oflo

xacin

Clarit

hrom

ycin

Sulfam

etho

xazo

le

Azith

rom

ycin

Met

ronida

zole

Met

ronida

zole-O

H

Trim

etho

prim

Dim

etrid

azole

Ron

idaz

ole

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

35

40

100

150

200

250

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Antibioacuteticos

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

101

1-ep

oxy

CBZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Car

bam

azep

ine

Acr

idon

e

Lora

zepa

m

Cita

lopr

am

Ven

lafaxine

Pra

vast

atin

Olanz

apine

Ser

tralin

e

Fluox

etine

Par

oxet

ine

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

000

025

050

075

100

400800

120016002000

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Faacutermacos de uso psiquiaacutetrico

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Ben

zotri

azole

OP2E

O

Eth

ylpa

rabe

n

Pro

pylpar

aben

BPA

OP

Con

cen

tration

(micro

g L

-1)

0

2

4

6

8

10

20

30

40

50

60

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Compuestos disruptores endocrinos

70 eliminacioacute

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Famiacutelia faacutermacos Tratamiento esteacuteril Tratamiento no esteacuteril

Carga inicial (microg)

Eliminacioacuten ()

Carga inicial (microg)

Eliminacioacute ()

Analgegravesics 1475 180 993 1511 179 988 Antibiogravetics 569 69 861 239 28 908 Cafeiumlna 757 92 79 1490 177 384 EDC 124 15 813 704 84 744 Iopromida 1046 128 755 4197 498 340 Altres fagravermacs 557 68 862 177 21 863 Psiquiagravetrics 3658 447 937 108 13 954 Cantidad total 8185 100 832 8427 100 533

Tratamiento adecuado para degradar faacutermacos en efluents de hospital

Siguiente objetivo Tratamiento en continuo de efluentes

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Fungal inoculated (I)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Non-inoculated (NI)

Non-sterile continuous

treatments of real effluents

VHW treatment

(

) Glucose concentration

(

) COD

(

) Laccase activity

(darr) Fungal biomass partial renovation

(mdash) Glucose addition rate

2 HRT studied

Decrease in laccase activity even with partial biomass renovation

Fungal inoculated (I)

Casas et al 2013 Env Technol 34 113

Glucose 026 g g DCW d

Ammonium 12 mg g DCW d

No glucose accumulation

Need for nutrients

Previous studies in synthetic

media and sterile conditions

CRT

Blaacutenquez et al 2006 Water Res 40 1650

CRT 21 days

13 biomass renovation every 7 days

CRT of 15 days

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Que es lo que sucede

Se muere el hongo aunque estamos renovando la

biomasa no hay suficiente hongo

No hay degradacioacuten

52

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

VHW treatment (2)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

NH4+ addition

PhACs removal

Fungal inoculated (I)

Non-inoculated (NI)

(

) Wastewater (Influent)

(

) Reactor effluent

The analyses have

been performed by

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Microbial community assessment (DGGE)

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Time

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Trametes versicolor

Candida spp

Fusarium solani

Unknown

T versicolor survived until the end of the treatment

laccase activity is not a good indicator

ESCENARIOS DE GESTIOacuteN DE EFLUENTES DE HOSPITAL

EDAR

No eliminacioacuten

de faacutermacos

Dilucioacuten en

el efluente

urbano

Aguas

urbanas

Fong

No eliminacioacuten

de DQO

Hongo Aguas

urbanas

EDAR

HOSPITAL

Srsquoha comprovat la capacitat de T versicolor per degradar fagravermacs

Badiacutea-Fabregat et al 2014 Rodriacuteguez-Rodriacuteguez et al 2014 Cruz-Moratoacute et al 2013

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Inconvenients al tractament drsquo

aiguumles drsquohospitals reals

- Necessitat drsquoaddicionar nutrients - Competegravencia amb bacteris

Possibles solucions Estrategravegies

- Pretractament de lrsquoefluent - Altres configuracions de reactors - Canvi en la font de carboni

Posada a punt del sistema TRH Relacioacute QRQL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

1 2 3

4

5

6

7

1 Tanc drsquoalimentacioacute 2 Tanc de mescla 3 Tanc drsquoeluents de

sortida 4 Bomba de recirculacioacute 5 Bioreactor 6 Entrada drsquoaire 7 Controlador de pH

TRH 3d

QL

QR

QL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

Desenvolupament processos

Efluent hospital

real (HWW)

Aiguumles residuals urbanes

(UWW)

Trametes versicolor

T versicolor crescut sobre fusta

Filtre percolador amb T versicolor crescut sobre fusta

Microalgues Degradacioacute a

escala Erlenmeyer Fotobioreactor FBR

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 19: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

APLICACIOacuteN DEL PROCESO DE DECOLORACIOacuteN A DIFERENTES COLORANTES

RESULTADOS DE DEGRADACIOacuteN DE LOS COLORANTES AacuteCIDOS

Colorante Lanasyn Grey

(Azo complejo metaacutelico)

Alizarin Red S

(Antraquinoacutenico)

Acid Fuchsin

(Triarilmetano)

Decoloracioacuten 796 938 9998

Reduccioacuten Toxicidad 12 12 19

O

N

NH

C OEt

O

N

S

O

MeO

O

C

O

OEt

NH R

H+

Cr3+

N

N

R

OO

S O

O

Me

O

O

OH

SO3Na

NH2

SO3

C

H3C

H2N

NaO3S

NH2

SO3Na

DEGRADACIOacuteN DE COLORANTES TEXTILES

ESTUDI DEL PROCEacuteS DEGRADACIOacute DE COLORANTS TEgraveXTILS AMB EL FONG Trametes versicolor

COLORANT Trametes versicolor ENZIM 1210 UL

Nom comuacute Classificacioacute quiacutemica Decoloracioacute

24 i 100 h

Decoloracioacute

24h

Acid Fuchsin Trifenilmetagrave 98-99 28

Acid Green 16 Trifenilmetagrave 90-99 60 gt

24h

Alizarin Red S Antraquinogravenic 92-94 84

Amino Black 10 Diazo 96-99 93

Azocarmine B Quinoneimine 90-99 84

Basic Fuchsin Trifenilmetagrave 12-40 18

Brilliant Green 1 Trifenilmetagrave 55-93 90

Brilliant Green 20 Trifenilmetagrave 76-78 90

Burdeos Lanset B (mescla) 83-88 67

Gris Lanaset G (mescla) 92-98 35

Pardo Lanaset B (mescla) 64-81 60

Lanasyn Grey G Metagravelmiddotlic azoic 72-87 49

Methylene Blue Tiazina 14-28 37

Naphtol Yellow S Nitro 8-50-92 (240h) 0

Orange G Azo 97-99 87

Desactivacioacute enzimagravetica

DEGRADACIOacute DE COLORANTS comparacioacute fong vs enzim lacasa

Biodegradacioacute drsquoaltres famiacutelies de colorants

2D Graph 3

Tems (h)

0 20 40 60 80 100 120

Co

nc

en

tra

cioacute

co

lor

(mg

L)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Ac

tivit

at

(UL

)

0

20

40

60

80

100

120

140

Temps GLG (h) vs GLG (mgl)

Temps OG (h) vs OG (mgl)

Temps AF (h) vs AF (mgl)

Temps GLG-2 (h) vs GLG-2 (mgl)

Temps GLG (h) vs Activitat GLG (UA)

Temps OG (h) vs Activitat OG (UA)

Temps ARS (h) vs Activitat ARS (UA)

Temps GLG-2 (h) vs Activitat GLG-2 (UA) Temps ARS (h) vs ASR (mgl)

Temps AF (h) vs Activitat AF (UA)

DISCONTINUS REPETITS 24 hores

Gris Lanaset G co = 1556 mgL 946 decol

Orange G co = 1509 mgL 974 decol

Alizarin Red S co = 1425 mgL 874 decol

Acid Fuchsin co = 1370 mgL 982 decol

Gris Lanaset G co = 732 mgL 776 decol

Productes de degradacioacute del metabolisme del

fong per diferents famiacutelies de colorants

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 ppmLongitud dona (nm)

350 400 450 500 550 600 650

Absorb

agravencia

00

02

04

06

08

10

Temps 0 min

Temps 8 min

Temps 30 min

Temps 60 min

Temps 2h

Temps 4h

Temps 24h

0 min

4 h

24 h

60 min

2 h

30 min

8 min

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

Brilliant Green 1

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

NH(CH2CH3)2 + +

EL FONG EacuteS CAPACcedil DE DEGRADAR AgraveCID BENZOIC en 24 hores

H-RMN en liacutenea

Orange G

NH2CH2N

NH2

No subproductes

Acid Fuchsin

WRF

Citocromo P450

2 Lacasas

Lignina peroxidasa

Peroxidasa versaacutetil

MnP

1 Pero

xidasas

Enzimas modificadoras de lignina

Trametes versicolor

Enzimas extracelulares Enzimas intracelulares

Hidroxilacioacuten

Epoxidacioacuten

Reduccioacuten Desalquilacioacuten

Oxigenacioacuten

Ruptura C-C

Desmetilacioacuten

Hidroxilacioacuten Dipolimerizacioacuten fenoles

Oxidacioacuten alcoholes

El mecanismo de degradacioacuten de algunos contaminantes no esta ligado a la produccioacuten de los enzimas extracelulares sino al sistema intracelular Cytocromo P450 monooxigenasa

Identificacioacuten gen cyt P450 en P chrysosporium 1997 y en T versicolor 2002

Objetivo desarrollo de proceso

Reactor fludizado por pulsos de aire

Fong en forma de pegravelmiddotlets Biomassa fluiumlditzada per polsos drsquoaire Tordf ograveptima fong 25ordmC pH ograveptim fong 45 Nutrients (CN) y micronutrients Avaluacioacute activitat fuacutengica enzim lacasa Condicions esterils

Temps (d)

0 5 10 15 20

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Laca

sa (

UA

l)

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

Reducc

ioacute d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Glucosa

Lacasa

Reduccioacute de color

TRH (h)

0 20 40 60 80 100 120

mg G

LG e

limin

ats

lmiddoth

0

5

10

15

20

25

30

Experimental

Normativa

Efecte del TRH

TRH 48 h

Temps (d)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Laca

sa (

UA

l)

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

Reducc

ioacute d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Glucosa

Lacasa

Reduccioacute de color

0

20

40

60

80

100

0 7 14 21 28 35 42 49 56 63P

erc

en

tatg

e d

e b

iom

as

sa

()

Temps (d)

gt42 dies

35 dies

28 dies

21 dies

14 dies

7 dies

0 dies

Estrategravegia purga i renovacioacute 13 de la

biomassa cada 7 dies

TRC 21 dies

decoloracions gt 90

distribucioacute drsquoedats constant

82 biomassa amb lt28 dies

Pegraverdua morfologiacutea dels pegravelmiddotlets lisis celmiddotlular

Tiempo (d)0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Laca

sa (

UA

l)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

Reducc

ioacuten d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

10068 525 59 72 4848

- Renovar la biomassa - Ni macro ni micronutrients - Glucosa qualitat industrial - Colorant no estegraveril

Formulacioacute del medi de cultiu

Seleccioacute del bioreactor

Escalat

Escalat de la produccioacute de biomassa

Produccioacute de pegravelmiddotlets clagravessica

Coll drsquoampolla

Cost medi (extracte de malta)

Limitacioacute en la produccioacute a escala Erlenmeyer

Objectius

Morfologia en forma de pelmiddotlets

Mida plusmn 3mm

Pasos experimentals

40 x

Biomassa gt 3 g DCWmiddotl-1

Morfologia adequada

280

598 0

50

100

150

200

250

300

Malt extract Defined medium

Co

st (

euromiddotK

g-1) Reduccioacute de cost 98

Escalat de la produccioacute de biomassa

La enzima lacasa es uno de los principales

catalizadores de la biodegradacioacuten pero no el uacutenico

responsable

El hongo degrada casi todos los colorantes

(algunos si estan en concentraciones subtoacutexicas)

La monitorizacioacuten de la produccioacuten enzimaacutetica y

consumo de glucosa son buenos indicadores de la

actividad metaboacutelica del hongo hay que

suministrar nutrientes para mantener la actividad

enzimaacutetica

El hongo puede degradar metabolitos resultantes

de la degradacioacuten que el enzima lacasa no puede

degradar

Algunas conclusiones

Porque utilizar microorganismos y no enzimas

si es mucho mas facil dosificar enzimas

los efluentes a tratar (liacutequidos o soacutelidos) contienen

una mezcla muy compleja de contaminantes no

podemos optimizar ni el enzima ni las condiciones

es difiacutecil que un enzima pueda degradar todos los

contaminantes presentes

en muchos casos los enzimas solo realizan un paso

de la transformacioacuten y se pueden formar TPs toacutexicos

o no biodegradables

el microorganismo es un sistema multienzimaacutetico

2010 20151985 1990 1995 2000 2005

Cronograma de los trabajos publicados en relacioacuten a biodegradacioacuten de contaminantes por hongos en medio liacutequido

Contaminantes emergentes

Pesticidas (DDT amp DDE)

PCBs HAPs Disolventes clorados

AR de produccioacuten Aceite de oliva

AR de la induacutestria del papel

Retardantes de llama (Bromados)

Faacutermacos

Filtros solares UV

Deteccioacuten faacutermacos en medio ambient

Colorantes sinteacuteticos Explosivos

TNT y nitroglicerina

AR de la industria textil

ASPECTOS GENERALES

A que se llama contaminantes emergentes

Productos considerados contaminantes actualmente pero no en el pasado presentes de forma constante en el medio ambiente a bajas concentraciones provocando problemas en el ecosistema y pendientes de ser regulados en un futuro proacuteximo

Entre ellos se incluyen los faacutermacos drogas de abuso productos asociados a la higiene y cuidado corporal retardantes de llama plaguicidashellip Caracteriacutesticas

alto consumo acumulacioacuten en el medio y organismos potencial disruptor endocrino toxicidadhellip

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

EDAR

Mezcla de ldquocontaminantes emergentesrdquo

metabolitos

substancias conjugadas

EXCRECIOacuteNVERTIDO

Retenidos en los lodos

inalterados

transformados

Mineralizados

Transformados

Inalterados

Presencia en aguas subterraneas superficiales y

sedimentos

Presencia en suelos

efluente

influente

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

bull 2005 la mayoriacutea de estudios realizados se centran en ndash Puesta a punto de meacutetodos analiacuteticos

ndash Deteccioacuten en aguas superficiales y subterraacuteneas

ndash Deteccioacuten en sistemas de tratamiento convencionales (EDARs)

ndash Deteccioacuten en efluentes de hospitales

bull Algunos estudios de degradacioacuten por bacterias en efluentes

bull Escasos (ninguno) estudios de degradacioacuten en lodos

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

HONGOS

Cual es el principal problema que presenta estudiar su degradacioacuten

Las bajas concentraciones en que se encuentran y el

hecho de estar en matrices muy complejas dificulta

su deteccioacuten y cuantificacioacuten

Aplicacioacuten en matrices liquidas y soacutelidas

Matrices liacutequidas

Aguas residuales de hospital

Aguas residuales de la Vila Universitaria

Concentrado de un proceso de membranas

Aguas de un hospital veterinario

Matrices solidas

Lodos de depuradoras urbanas

Lodos de reactor MBR

37 Verlicchi et al J hydrology 2010 also WST 2010

erythromycin (antibiotic)

Iopromide (ICM)

ifosfamide (cytostatic)

Ibuprofen (analgesic)

Glucose

Therapeutic classes contrast media (ICM) heavy metals in a hospital effluentndash Comparison with an urban effluent

Hospital effluent Mean value

Urban effluent Mean value

Degradacioacuten de faacutermacos modelo e identificacioacuten de productos de transformacioacuten en condiciones esteacuteriles

Nos permite demostrar que el hongo es

el responsable de la degradacioacuten

Tratamiento de efluentes reales en condiciones no esteacuteriles Cuantificacioacuten de la eliminacioacuten de faacutermacos y ecotoxicidad

Tratamiento de efluentes por hongos Degradacioacuten de faacutermacos

38

EXPERIMENTOS IN VIVO PARA CUANTIFICAR DEGRADACIOacuteN

EXPERIMENTOS PARA DETERMINAR EL PAPEL DE LOS ENZIMAS

- In vitro Lacasa comercial

- In vivo Inhibidores del citocrom P450 (1-aminobenzotriazole)

ESTUDIO DE LA TOXICIDAD (Microtox regTest )

- Bacteria bioluminescente V ficheri

- EC50 a los 15 min Concentracioacuten que disminuye la luz emitida por la bacteria al 50

- Cuanto mas alta sea la EC50 menor es la toxicidad

ANAgraveLISIS DE FAgraveRMACOS EXTRACCIOacuteN EN FASE SOacuteLIDA i HPLC

IDENTIFICACIOacuteN DE SUBPRODUCTOS Servei RMN-UAB

(Medio + contaminante) (Medio + contaminante+ hongo inactivado)

Adsorcioacuten Degradacioacuten miacutenima

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS INDIVIDUALES

EC50

50

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Control abioacutetico Control inactivado Experimental (Medio + contaminante+hongo activo)

Idaea-CSIC ICRA

Ketoprofeno

Eliminacioacute del 100

Metabolits hidroxilats

Perfil de concentracioacute de subproductes del ketoprofen

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS MODELO

IOPROMIDE degradation in Erlenmeyer flasks by

T versicolor pellets Time course degradation of Iopromide

added at approximately 12 mg L-1 Symbols non-inoculated controls ()

experimental cultures () heat-killed

controls () glucose () and laccase

activity (loz)

62 degradation is

observed after 7days of

exposure and remains

constant until the end of

the experiment

Toxicity by Microtox bioassay

Time EC50 ()

Non-biotic control 2

15min 2

8h 1

1d 43

4d 66

7d 87

12d 110

High toxicity at initial time

(EC50 2) Toxicity decreases

over time

Gros et al 2014 Water Research

Degradacioacuten de farmacos en aguas residuales

en bioreactor

CONDITIONS

Sterile effluent

No sterile

Batch

Continuous

Nutrients addition

Non-nutrients addition

Fluidized bed bioreactors 15

and 10 L

Air pulses

T versicolor in form of pellets

pH (45) and temperature (25ordmC)

control

MONITORING

Pharmaceuticals degradation

Acute toxicity (Microtox)

Laccase glucose etc

101

1-ep

oxyC

BZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Cipro

floxa

cin

50

100

150

200

250

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

Cef

alex

in

Ibup

rofe

n

Aceta

minop

hen

Azitro

micin

1

2

3

4

Ketop

rofe

n

Propr

anolol

Cita

lopr

am

Car

bamaz

epine

Acridon

e

Con

cen

tracioacute

(micro

g L

-1)

000

003

006

009

012

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS (Vila Universitaria de la UAB)

Tratamiento no esteril en batch

Eliminacioacuten completa del 70 de los faacutermacos detectados

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Comparacioacuten de la eliminacioacuten de los faacutermacos por el

hongo versus lodos activados (bibliografia)

Grup Fagravermac Concentracioacute

(microg L-1)

Eliminacioacute estegraveril

()

Eliminacioacute no estegraveril

()

Eliminacioacute per llots activats

() Analgegravesics Acetaminofen 387 100 100 82-99

Ibuprofen 1261 100 100 82-99 Ketoprofen lt048 35 100 lt50 Codeina 002 100 - lt82 Antibiogravetics Azitromicin 431 - 100 lt40

Ciprofloxacin 8471 - 35 50-96 (adsorcioacute) Cefalexin 059 - -51 96 β-blockers Propanolol 006 - 100 59-70 Psiquiatrics Carbamazepina 07 -37 Augmenta lt20 Augmenta

1011- epoxy CBZ 755 100 79 - 2-Hydroxy CBZ 1638 46 100 -

Acridone 101 100 Augmenta - Citalopram 01 100 100 -

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Porcentajes de eliminacioacuten superiores en el tratamiento por hongos

Problema cuantificacioacuten inicial de carbamazepina conjugacioacuten

Ace

tam

inop

hen

Ibup

rofen

Ket

opro

fen

Nap

roxe

n

Salicylic a

cid

Cod

eine

Phe

nazo

ne

Dex

amet

haso

ne

Diclofena

c

Piro

xica

m

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

500

1000

1500

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

50

Tratamiento no esteacuteril Analgeacutesicos

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

46

Cipro

floxa

cin

Oflo

xacin

Clarit

hrom

ycin

Sulfam

etho

xazo

le

Azith

rom

ycin

Met

ronida

zole

Met

ronida

zole-O

H

Trim

etho

prim

Dim

etrid

azole

Ron

idaz

ole

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

35

40

100

150

200

250

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Antibioacuteticos

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

101

1-ep

oxy

CBZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Car

bam

azep

ine

Acr

idon

e

Lora

zepa

m

Cita

lopr

am

Ven

lafaxine

Pra

vast

atin

Olanz

apine

Ser

tralin

e

Fluox

etine

Par

oxet

ine

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

000

025

050

075

100

400800

120016002000

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Faacutermacos de uso psiquiaacutetrico

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Ben

zotri

azole

OP2E

O

Eth

ylpa

rabe

n

Pro

pylpar

aben

BPA

OP

Con

cen

tration

(micro

g L

-1)

0

2

4

6

8

10

20

30

40

50

60

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Compuestos disruptores endocrinos

70 eliminacioacute

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Famiacutelia faacutermacos Tratamiento esteacuteril Tratamiento no esteacuteril

Carga inicial (microg)

Eliminacioacuten ()

Carga inicial (microg)

Eliminacioacute ()

Analgegravesics 1475 180 993 1511 179 988 Antibiogravetics 569 69 861 239 28 908 Cafeiumlna 757 92 79 1490 177 384 EDC 124 15 813 704 84 744 Iopromida 1046 128 755 4197 498 340 Altres fagravermacs 557 68 862 177 21 863 Psiquiagravetrics 3658 447 937 108 13 954 Cantidad total 8185 100 832 8427 100 533

Tratamiento adecuado para degradar faacutermacos en efluents de hospital

Siguiente objetivo Tratamiento en continuo de efluentes

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Fungal inoculated (I)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Non-inoculated (NI)

Non-sterile continuous

treatments of real effluents

VHW treatment

(

) Glucose concentration

(

) COD

(

) Laccase activity

(darr) Fungal biomass partial renovation

(mdash) Glucose addition rate

2 HRT studied

Decrease in laccase activity even with partial biomass renovation

Fungal inoculated (I)

Casas et al 2013 Env Technol 34 113

Glucose 026 g g DCW d

Ammonium 12 mg g DCW d

No glucose accumulation

Need for nutrients

Previous studies in synthetic

media and sterile conditions

CRT

Blaacutenquez et al 2006 Water Res 40 1650

CRT 21 days

13 biomass renovation every 7 days

CRT of 15 days

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Que es lo que sucede

Se muere el hongo aunque estamos renovando la

biomasa no hay suficiente hongo

No hay degradacioacuten

52

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

VHW treatment (2)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

NH4+ addition

PhACs removal

Fungal inoculated (I)

Non-inoculated (NI)

(

) Wastewater (Influent)

(

) Reactor effluent

The analyses have

been performed by

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Microbial community assessment (DGGE)

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Time

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Trametes versicolor

Candida spp

Fusarium solani

Unknown

T versicolor survived until the end of the treatment

laccase activity is not a good indicator

ESCENARIOS DE GESTIOacuteN DE EFLUENTES DE HOSPITAL

EDAR

No eliminacioacuten

de faacutermacos

Dilucioacuten en

el efluente

urbano

Aguas

urbanas

Fong

No eliminacioacuten

de DQO

Hongo Aguas

urbanas

EDAR

HOSPITAL

Srsquoha comprovat la capacitat de T versicolor per degradar fagravermacs

Badiacutea-Fabregat et al 2014 Rodriacuteguez-Rodriacuteguez et al 2014 Cruz-Moratoacute et al 2013

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Inconvenients al tractament drsquo

aiguumles drsquohospitals reals

- Necessitat drsquoaddicionar nutrients - Competegravencia amb bacteris

Possibles solucions Estrategravegies

- Pretractament de lrsquoefluent - Altres configuracions de reactors - Canvi en la font de carboni

Posada a punt del sistema TRH Relacioacute QRQL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

1 2 3

4

5

6

7

1 Tanc drsquoalimentacioacute 2 Tanc de mescla 3 Tanc drsquoeluents de

sortida 4 Bomba de recirculacioacute 5 Bioreactor 6 Entrada drsquoaire 7 Controlador de pH

TRH 3d

QL

QR

QL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

Desenvolupament processos

Efluent hospital

real (HWW)

Aiguumles residuals urbanes

(UWW)

Trametes versicolor

T versicolor crescut sobre fusta

Filtre percolador amb T versicolor crescut sobre fusta

Microalgues Degradacioacute a

escala Erlenmeyer Fotobioreactor FBR

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

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Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 20: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

ESTUDI DEL PROCEacuteS DEGRADACIOacute DE COLORANTS TEgraveXTILS AMB EL FONG Trametes versicolor

COLORANT Trametes versicolor ENZIM 1210 UL

Nom comuacute Classificacioacute quiacutemica Decoloracioacute

24 i 100 h

Decoloracioacute

24h

Acid Fuchsin Trifenilmetagrave 98-99 28

Acid Green 16 Trifenilmetagrave 90-99 60 gt

24h

Alizarin Red S Antraquinogravenic 92-94 84

Amino Black 10 Diazo 96-99 93

Azocarmine B Quinoneimine 90-99 84

Basic Fuchsin Trifenilmetagrave 12-40 18

Brilliant Green 1 Trifenilmetagrave 55-93 90

Brilliant Green 20 Trifenilmetagrave 76-78 90

Burdeos Lanset B (mescla) 83-88 67

Gris Lanaset G (mescla) 92-98 35

Pardo Lanaset B (mescla) 64-81 60

Lanasyn Grey G Metagravelmiddotlic azoic 72-87 49

Methylene Blue Tiazina 14-28 37

Naphtol Yellow S Nitro 8-50-92 (240h) 0

Orange G Azo 97-99 87

Desactivacioacute enzimagravetica

DEGRADACIOacute DE COLORANTS comparacioacute fong vs enzim lacasa

Biodegradacioacute drsquoaltres famiacutelies de colorants

2D Graph 3

Tems (h)

0 20 40 60 80 100 120

Co

nc

en

tra

cioacute

co

lor

(mg

L)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Ac

tivit

at

(UL

)

0

20

40

60

80

100

120

140

Temps GLG (h) vs GLG (mgl)

Temps OG (h) vs OG (mgl)

Temps AF (h) vs AF (mgl)

Temps GLG-2 (h) vs GLG-2 (mgl)

Temps GLG (h) vs Activitat GLG (UA)

Temps OG (h) vs Activitat OG (UA)

Temps ARS (h) vs Activitat ARS (UA)

Temps GLG-2 (h) vs Activitat GLG-2 (UA) Temps ARS (h) vs ASR (mgl)

Temps AF (h) vs Activitat AF (UA)

DISCONTINUS REPETITS 24 hores

Gris Lanaset G co = 1556 mgL 946 decol

Orange G co = 1509 mgL 974 decol

Alizarin Red S co = 1425 mgL 874 decol

Acid Fuchsin co = 1370 mgL 982 decol

Gris Lanaset G co = 732 mgL 776 decol

Productes de degradacioacute del metabolisme del

fong per diferents famiacutelies de colorants

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 ppmLongitud dona (nm)

350 400 450 500 550 600 650

Absorb

agravencia

00

02

04

06

08

10

Temps 0 min

Temps 8 min

Temps 30 min

Temps 60 min

Temps 2h

Temps 4h

Temps 24h

0 min

4 h

24 h

60 min

2 h

30 min

8 min

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

Brilliant Green 1

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

NH(CH2CH3)2 + +

EL FONG EacuteS CAPACcedil DE DEGRADAR AgraveCID BENZOIC en 24 hores

H-RMN en liacutenea

Orange G

NH2CH2N

NH2

No subproductes

Acid Fuchsin

WRF

Citocromo P450

2 Lacasas

Lignina peroxidasa

Peroxidasa versaacutetil

MnP

1 Pero

xidasas

Enzimas modificadoras de lignina

Trametes versicolor

Enzimas extracelulares Enzimas intracelulares

Hidroxilacioacuten

Epoxidacioacuten

Reduccioacuten Desalquilacioacuten

Oxigenacioacuten

Ruptura C-C

Desmetilacioacuten

Hidroxilacioacuten Dipolimerizacioacuten fenoles

Oxidacioacuten alcoholes

El mecanismo de degradacioacuten de algunos contaminantes no esta ligado a la produccioacuten de los enzimas extracelulares sino al sistema intracelular Cytocromo P450 monooxigenasa

Identificacioacuten gen cyt P450 en P chrysosporium 1997 y en T versicolor 2002

Objetivo desarrollo de proceso

Reactor fludizado por pulsos de aire

Fong en forma de pegravelmiddotlets Biomassa fluiumlditzada per polsos drsquoaire Tordf ograveptima fong 25ordmC pH ograveptim fong 45 Nutrients (CN) y micronutrients Avaluacioacute activitat fuacutengica enzim lacasa Condicions esterils

Temps (d)

0 5 10 15 20

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Laca

sa (

UA

l)

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

Reducc

ioacute d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Glucosa

Lacasa

Reduccioacute de color

TRH (h)

0 20 40 60 80 100 120

mg G

LG e

limin

ats

lmiddoth

0

5

10

15

20

25

30

Experimental

Normativa

Efecte del TRH

TRH 48 h

Temps (d)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Laca

sa (

UA

l)

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

Reducc

ioacute d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Glucosa

Lacasa

Reduccioacute de color

0

20

40

60

80

100

0 7 14 21 28 35 42 49 56 63P

erc

en

tatg

e d

e b

iom

as

sa

()

Temps (d)

gt42 dies

35 dies

28 dies

21 dies

14 dies

7 dies

0 dies

Estrategravegia purga i renovacioacute 13 de la

biomassa cada 7 dies

TRC 21 dies

decoloracions gt 90

distribucioacute drsquoedats constant

82 biomassa amb lt28 dies

Pegraverdua morfologiacutea dels pegravelmiddotlets lisis celmiddotlular

Tiempo (d)0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Laca

sa (

UA

l)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

Reducc

ioacuten d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

10068 525 59 72 4848

- Renovar la biomassa - Ni macro ni micronutrients - Glucosa qualitat industrial - Colorant no estegraveril

Formulacioacute del medi de cultiu

Seleccioacute del bioreactor

Escalat

Escalat de la produccioacute de biomassa

Produccioacute de pegravelmiddotlets clagravessica

Coll drsquoampolla

Cost medi (extracte de malta)

Limitacioacute en la produccioacute a escala Erlenmeyer

Objectius

Morfologia en forma de pelmiddotlets

Mida plusmn 3mm

Pasos experimentals

40 x

Biomassa gt 3 g DCWmiddotl-1

Morfologia adequada

280

598 0

50

100

150

200

250

300

Malt extract Defined medium

Co

st (

euromiddotK

g-1) Reduccioacute de cost 98

Escalat de la produccioacute de biomassa

La enzima lacasa es uno de los principales

catalizadores de la biodegradacioacuten pero no el uacutenico

responsable

El hongo degrada casi todos los colorantes

(algunos si estan en concentraciones subtoacutexicas)

La monitorizacioacuten de la produccioacuten enzimaacutetica y

consumo de glucosa son buenos indicadores de la

actividad metaboacutelica del hongo hay que

suministrar nutrientes para mantener la actividad

enzimaacutetica

El hongo puede degradar metabolitos resultantes

de la degradacioacuten que el enzima lacasa no puede

degradar

Algunas conclusiones

Porque utilizar microorganismos y no enzimas

si es mucho mas facil dosificar enzimas

los efluentes a tratar (liacutequidos o soacutelidos) contienen

una mezcla muy compleja de contaminantes no

podemos optimizar ni el enzima ni las condiciones

es difiacutecil que un enzima pueda degradar todos los

contaminantes presentes

en muchos casos los enzimas solo realizan un paso

de la transformacioacuten y se pueden formar TPs toacutexicos

o no biodegradables

el microorganismo es un sistema multienzimaacutetico

2010 20151985 1990 1995 2000 2005

Cronograma de los trabajos publicados en relacioacuten a biodegradacioacuten de contaminantes por hongos en medio liacutequido

Contaminantes emergentes

Pesticidas (DDT amp DDE)

PCBs HAPs Disolventes clorados

AR de produccioacuten Aceite de oliva

AR de la induacutestria del papel

Retardantes de llama (Bromados)

Faacutermacos

Filtros solares UV

Deteccioacuten faacutermacos en medio ambient

Colorantes sinteacuteticos Explosivos

TNT y nitroglicerina

AR de la industria textil

ASPECTOS GENERALES

A que se llama contaminantes emergentes

Productos considerados contaminantes actualmente pero no en el pasado presentes de forma constante en el medio ambiente a bajas concentraciones provocando problemas en el ecosistema y pendientes de ser regulados en un futuro proacuteximo

Entre ellos se incluyen los faacutermacos drogas de abuso productos asociados a la higiene y cuidado corporal retardantes de llama plaguicidashellip Caracteriacutesticas

alto consumo acumulacioacuten en el medio y organismos potencial disruptor endocrino toxicidadhellip

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

EDAR

Mezcla de ldquocontaminantes emergentesrdquo

metabolitos

substancias conjugadas

EXCRECIOacuteNVERTIDO

Retenidos en los lodos

inalterados

transformados

Mineralizados

Transformados

Inalterados

Presencia en aguas subterraneas superficiales y

sedimentos

Presencia en suelos

efluente

influente

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

bull 2005 la mayoriacutea de estudios realizados se centran en ndash Puesta a punto de meacutetodos analiacuteticos

ndash Deteccioacuten en aguas superficiales y subterraacuteneas

ndash Deteccioacuten en sistemas de tratamiento convencionales (EDARs)

ndash Deteccioacuten en efluentes de hospitales

bull Algunos estudios de degradacioacuten por bacterias en efluentes

bull Escasos (ninguno) estudios de degradacioacuten en lodos

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

HONGOS

Cual es el principal problema que presenta estudiar su degradacioacuten

Las bajas concentraciones en que se encuentran y el

hecho de estar en matrices muy complejas dificulta

su deteccioacuten y cuantificacioacuten

Aplicacioacuten en matrices liquidas y soacutelidas

Matrices liacutequidas

Aguas residuales de hospital

Aguas residuales de la Vila Universitaria

Concentrado de un proceso de membranas

Aguas de un hospital veterinario

Matrices solidas

Lodos de depuradoras urbanas

Lodos de reactor MBR

37 Verlicchi et al J hydrology 2010 also WST 2010

erythromycin (antibiotic)

Iopromide (ICM)

ifosfamide (cytostatic)

Ibuprofen (analgesic)

Glucose

Therapeutic classes contrast media (ICM) heavy metals in a hospital effluentndash Comparison with an urban effluent

Hospital effluent Mean value

Urban effluent Mean value

Degradacioacuten de faacutermacos modelo e identificacioacuten de productos de transformacioacuten en condiciones esteacuteriles

Nos permite demostrar que el hongo es

el responsable de la degradacioacuten

Tratamiento de efluentes reales en condiciones no esteacuteriles Cuantificacioacuten de la eliminacioacuten de faacutermacos y ecotoxicidad

Tratamiento de efluentes por hongos Degradacioacuten de faacutermacos

38

EXPERIMENTOS IN VIVO PARA CUANTIFICAR DEGRADACIOacuteN

EXPERIMENTOS PARA DETERMINAR EL PAPEL DE LOS ENZIMAS

- In vitro Lacasa comercial

- In vivo Inhibidores del citocrom P450 (1-aminobenzotriazole)

ESTUDIO DE LA TOXICIDAD (Microtox regTest )

- Bacteria bioluminescente V ficheri

- EC50 a los 15 min Concentracioacuten que disminuye la luz emitida por la bacteria al 50

- Cuanto mas alta sea la EC50 menor es la toxicidad

ANAgraveLISIS DE FAgraveRMACOS EXTRACCIOacuteN EN FASE SOacuteLIDA i HPLC

IDENTIFICACIOacuteN DE SUBPRODUCTOS Servei RMN-UAB

(Medio + contaminante) (Medio + contaminante+ hongo inactivado)

Adsorcioacuten Degradacioacuten miacutenima

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS INDIVIDUALES

EC50

50

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Control abioacutetico Control inactivado Experimental (Medio + contaminante+hongo activo)

Idaea-CSIC ICRA

Ketoprofeno

Eliminacioacute del 100

Metabolits hidroxilats

Perfil de concentracioacute de subproductes del ketoprofen

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS MODELO

IOPROMIDE degradation in Erlenmeyer flasks by

T versicolor pellets Time course degradation of Iopromide

added at approximately 12 mg L-1 Symbols non-inoculated controls ()

experimental cultures () heat-killed

controls () glucose () and laccase

activity (loz)

62 degradation is

observed after 7days of

exposure and remains

constant until the end of

the experiment

Toxicity by Microtox bioassay

Time EC50 ()

Non-biotic control 2

15min 2

8h 1

1d 43

4d 66

7d 87

12d 110

High toxicity at initial time

(EC50 2) Toxicity decreases

over time

Gros et al 2014 Water Research

Degradacioacuten de farmacos en aguas residuales

en bioreactor

CONDITIONS

Sterile effluent

No sterile

Batch

Continuous

Nutrients addition

Non-nutrients addition

Fluidized bed bioreactors 15

and 10 L

Air pulses

T versicolor in form of pellets

pH (45) and temperature (25ordmC)

control

MONITORING

Pharmaceuticals degradation

Acute toxicity (Microtox)

Laccase glucose etc

101

1-ep

oxyC

BZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Cipro

floxa

cin

50

100

150

200

250

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

Cef

alex

in

Ibup

rofe

n

Aceta

minop

hen

Azitro

micin

1

2

3

4

Ketop

rofe

n

Propr

anolol

Cita

lopr

am

Car

bamaz

epine

Acridon

e

Con

cen

tracioacute

(micro

g L

-1)

000

003

006

009

012

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS (Vila Universitaria de la UAB)

Tratamiento no esteril en batch

Eliminacioacuten completa del 70 de los faacutermacos detectados

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Comparacioacuten de la eliminacioacuten de los faacutermacos por el

hongo versus lodos activados (bibliografia)

Grup Fagravermac Concentracioacute

(microg L-1)

Eliminacioacute estegraveril

()

Eliminacioacute no estegraveril

()

Eliminacioacute per llots activats

() Analgegravesics Acetaminofen 387 100 100 82-99

Ibuprofen 1261 100 100 82-99 Ketoprofen lt048 35 100 lt50 Codeina 002 100 - lt82 Antibiogravetics Azitromicin 431 - 100 lt40

Ciprofloxacin 8471 - 35 50-96 (adsorcioacute) Cefalexin 059 - -51 96 β-blockers Propanolol 006 - 100 59-70 Psiquiatrics Carbamazepina 07 -37 Augmenta lt20 Augmenta

1011- epoxy CBZ 755 100 79 - 2-Hydroxy CBZ 1638 46 100 -

Acridone 101 100 Augmenta - Citalopram 01 100 100 -

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Porcentajes de eliminacioacuten superiores en el tratamiento por hongos

Problema cuantificacioacuten inicial de carbamazepina conjugacioacuten

Ace

tam

inop

hen

Ibup

rofen

Ket

opro

fen

Nap

roxe

n

Salicylic a

cid

Cod

eine

Phe

nazo

ne

Dex

amet

haso

ne

Diclofena

c

Piro

xica

m

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

500

1000

1500

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

50

Tratamiento no esteacuteril Analgeacutesicos

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

46

Cipro

floxa

cin

Oflo

xacin

Clarit

hrom

ycin

Sulfam

etho

xazo

le

Azith

rom

ycin

Met

ronida

zole

Met

ronida

zole-O

H

Trim

etho

prim

Dim

etrid

azole

Ron

idaz

ole

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

35

40

100

150

200

250

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Antibioacuteticos

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

101

1-ep

oxy

CBZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Car

bam

azep

ine

Acr

idon

e

Lora

zepa

m

Cita

lopr

am

Ven

lafaxine

Pra

vast

atin

Olanz

apine

Ser

tralin

e

Fluox

etine

Par

oxet

ine

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

000

025

050

075

100

400800

120016002000

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Faacutermacos de uso psiquiaacutetrico

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Ben

zotri

azole

OP2E

O

Eth

ylpa

rabe

n

Pro

pylpar

aben

BPA

OP

Con

cen

tration

(micro

g L

-1)

0

2

4

6

8

10

20

30

40

50

60

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Compuestos disruptores endocrinos

70 eliminacioacute

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Famiacutelia faacutermacos Tratamiento esteacuteril Tratamiento no esteacuteril

Carga inicial (microg)

Eliminacioacuten ()

Carga inicial (microg)

Eliminacioacute ()

Analgegravesics 1475 180 993 1511 179 988 Antibiogravetics 569 69 861 239 28 908 Cafeiumlna 757 92 79 1490 177 384 EDC 124 15 813 704 84 744 Iopromida 1046 128 755 4197 498 340 Altres fagravermacs 557 68 862 177 21 863 Psiquiagravetrics 3658 447 937 108 13 954 Cantidad total 8185 100 832 8427 100 533

Tratamiento adecuado para degradar faacutermacos en efluents de hospital

Siguiente objetivo Tratamiento en continuo de efluentes

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Fungal inoculated (I)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Non-inoculated (NI)

Non-sterile continuous

treatments of real effluents

VHW treatment

(

) Glucose concentration

(

) COD

(

) Laccase activity

(darr) Fungal biomass partial renovation

(mdash) Glucose addition rate

2 HRT studied

Decrease in laccase activity even with partial biomass renovation

Fungal inoculated (I)

Casas et al 2013 Env Technol 34 113

Glucose 026 g g DCW d

Ammonium 12 mg g DCW d

No glucose accumulation

Need for nutrients

Previous studies in synthetic

media and sterile conditions

CRT

Blaacutenquez et al 2006 Water Res 40 1650

CRT 21 days

13 biomass renovation every 7 days

CRT of 15 days

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Que es lo que sucede

Se muere el hongo aunque estamos renovando la

biomasa no hay suficiente hongo

No hay degradacioacuten

52

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

VHW treatment (2)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

NH4+ addition

PhACs removal

Fungal inoculated (I)

Non-inoculated (NI)

(

) Wastewater (Influent)

(

) Reactor effluent

The analyses have

been performed by

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Microbial community assessment (DGGE)

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Time

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Trametes versicolor

Candida spp

Fusarium solani

Unknown

T versicolor survived until the end of the treatment

laccase activity is not a good indicator

ESCENARIOS DE GESTIOacuteN DE EFLUENTES DE HOSPITAL

EDAR

No eliminacioacuten

de faacutermacos

Dilucioacuten en

el efluente

urbano

Aguas

urbanas

Fong

No eliminacioacuten

de DQO

Hongo Aguas

urbanas

EDAR

HOSPITAL

Srsquoha comprovat la capacitat de T versicolor per degradar fagravermacs

Badiacutea-Fabregat et al 2014 Rodriacuteguez-Rodriacuteguez et al 2014 Cruz-Moratoacute et al 2013

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Inconvenients al tractament drsquo

aiguumles drsquohospitals reals

- Necessitat drsquoaddicionar nutrients - Competegravencia amb bacteris

Possibles solucions Estrategravegies

- Pretractament de lrsquoefluent - Altres configuracions de reactors - Canvi en la font de carboni

Posada a punt del sistema TRH Relacioacute QRQL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

1 2 3

4

5

6

7

1 Tanc drsquoalimentacioacute 2 Tanc de mescla 3 Tanc drsquoeluents de

sortida 4 Bomba de recirculacioacute 5 Bioreactor 6 Entrada drsquoaire 7 Controlador de pH

TRH 3d

QL

QR

QL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

Desenvolupament processos

Efluent hospital

real (HWW)

Aiguumles residuals urbanes

(UWW)

Trametes versicolor

T versicolor crescut sobre fusta

Filtre percolador amb T versicolor crescut sobre fusta

Microalgues Degradacioacute a

escala Erlenmeyer Fotobioreactor FBR

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 21: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

Biodegradacioacute drsquoaltres famiacutelies de colorants

2D Graph 3

Tems (h)

0 20 40 60 80 100 120

Co

nc

en

tra

cioacute

co

lor

(mg

L)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Ac

tivit

at

(UL

)

0

20

40

60

80

100

120

140

Temps GLG (h) vs GLG (mgl)

Temps OG (h) vs OG (mgl)

Temps AF (h) vs AF (mgl)

Temps GLG-2 (h) vs GLG-2 (mgl)

Temps GLG (h) vs Activitat GLG (UA)

Temps OG (h) vs Activitat OG (UA)

Temps ARS (h) vs Activitat ARS (UA)

Temps GLG-2 (h) vs Activitat GLG-2 (UA) Temps ARS (h) vs ASR (mgl)

Temps AF (h) vs Activitat AF (UA)

DISCONTINUS REPETITS 24 hores

Gris Lanaset G co = 1556 mgL 946 decol

Orange G co = 1509 mgL 974 decol

Alizarin Red S co = 1425 mgL 874 decol

Acid Fuchsin co = 1370 mgL 982 decol

Gris Lanaset G co = 732 mgL 776 decol

Productes de degradacioacute del metabolisme del

fong per diferents famiacutelies de colorants

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 ppmLongitud dona (nm)

350 400 450 500 550 600 650

Absorb

agravencia

00

02

04

06

08

10

Temps 0 min

Temps 8 min

Temps 30 min

Temps 60 min

Temps 2h

Temps 4h

Temps 24h

0 min

4 h

24 h

60 min

2 h

30 min

8 min

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

Brilliant Green 1

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

NH(CH2CH3)2 + +

EL FONG EacuteS CAPACcedil DE DEGRADAR AgraveCID BENZOIC en 24 hores

H-RMN en liacutenea

Orange G

NH2CH2N

NH2

No subproductes

Acid Fuchsin

WRF

Citocromo P450

2 Lacasas

Lignina peroxidasa

Peroxidasa versaacutetil

MnP

1 Pero

xidasas

Enzimas modificadoras de lignina

Trametes versicolor

Enzimas extracelulares Enzimas intracelulares

Hidroxilacioacuten

Epoxidacioacuten

Reduccioacuten Desalquilacioacuten

Oxigenacioacuten

Ruptura C-C

Desmetilacioacuten

Hidroxilacioacuten Dipolimerizacioacuten fenoles

Oxidacioacuten alcoholes

El mecanismo de degradacioacuten de algunos contaminantes no esta ligado a la produccioacuten de los enzimas extracelulares sino al sistema intracelular Cytocromo P450 monooxigenasa

Identificacioacuten gen cyt P450 en P chrysosporium 1997 y en T versicolor 2002

Objetivo desarrollo de proceso

Reactor fludizado por pulsos de aire

Fong en forma de pegravelmiddotlets Biomassa fluiumlditzada per polsos drsquoaire Tordf ograveptima fong 25ordmC pH ograveptim fong 45 Nutrients (CN) y micronutrients Avaluacioacute activitat fuacutengica enzim lacasa Condicions esterils

Temps (d)

0 5 10 15 20

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Laca

sa (

UA

l)

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

Reducc

ioacute d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Glucosa

Lacasa

Reduccioacute de color

TRH (h)

0 20 40 60 80 100 120

mg G

LG e

limin

ats

lmiddoth

0

5

10

15

20

25

30

Experimental

Normativa

Efecte del TRH

TRH 48 h

Temps (d)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Laca

sa (

UA

l)

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

Reducc

ioacute d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Glucosa

Lacasa

Reduccioacute de color

0

20

40

60

80

100

0 7 14 21 28 35 42 49 56 63P

erc

en

tatg

e d

e b

iom

as

sa

()

Temps (d)

gt42 dies

35 dies

28 dies

21 dies

14 dies

7 dies

0 dies

Estrategravegia purga i renovacioacute 13 de la

biomassa cada 7 dies

TRC 21 dies

decoloracions gt 90

distribucioacute drsquoedats constant

82 biomassa amb lt28 dies

Pegraverdua morfologiacutea dels pegravelmiddotlets lisis celmiddotlular

Tiempo (d)0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Laca

sa (

UA

l)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

Reducc

ioacuten d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

10068 525 59 72 4848

- Renovar la biomassa - Ni macro ni micronutrients - Glucosa qualitat industrial - Colorant no estegraveril

Formulacioacute del medi de cultiu

Seleccioacute del bioreactor

Escalat

Escalat de la produccioacute de biomassa

Produccioacute de pegravelmiddotlets clagravessica

Coll drsquoampolla

Cost medi (extracte de malta)

Limitacioacute en la produccioacute a escala Erlenmeyer

Objectius

Morfologia en forma de pelmiddotlets

Mida plusmn 3mm

Pasos experimentals

40 x

Biomassa gt 3 g DCWmiddotl-1

Morfologia adequada

280

598 0

50

100

150

200

250

300

Malt extract Defined medium

Co

st (

euromiddotK

g-1) Reduccioacute de cost 98

Escalat de la produccioacute de biomassa

La enzima lacasa es uno de los principales

catalizadores de la biodegradacioacuten pero no el uacutenico

responsable

El hongo degrada casi todos los colorantes

(algunos si estan en concentraciones subtoacutexicas)

La monitorizacioacuten de la produccioacuten enzimaacutetica y

consumo de glucosa son buenos indicadores de la

actividad metaboacutelica del hongo hay que

suministrar nutrientes para mantener la actividad

enzimaacutetica

El hongo puede degradar metabolitos resultantes

de la degradacioacuten que el enzima lacasa no puede

degradar

Algunas conclusiones

Porque utilizar microorganismos y no enzimas

si es mucho mas facil dosificar enzimas

los efluentes a tratar (liacutequidos o soacutelidos) contienen

una mezcla muy compleja de contaminantes no

podemos optimizar ni el enzima ni las condiciones

es difiacutecil que un enzima pueda degradar todos los

contaminantes presentes

en muchos casos los enzimas solo realizan un paso

de la transformacioacuten y se pueden formar TPs toacutexicos

o no biodegradables

el microorganismo es un sistema multienzimaacutetico

2010 20151985 1990 1995 2000 2005

Cronograma de los trabajos publicados en relacioacuten a biodegradacioacuten de contaminantes por hongos en medio liacutequido

Contaminantes emergentes

Pesticidas (DDT amp DDE)

PCBs HAPs Disolventes clorados

AR de produccioacuten Aceite de oliva

AR de la induacutestria del papel

Retardantes de llama (Bromados)

Faacutermacos

Filtros solares UV

Deteccioacuten faacutermacos en medio ambient

Colorantes sinteacuteticos Explosivos

TNT y nitroglicerina

AR de la industria textil

ASPECTOS GENERALES

A que se llama contaminantes emergentes

Productos considerados contaminantes actualmente pero no en el pasado presentes de forma constante en el medio ambiente a bajas concentraciones provocando problemas en el ecosistema y pendientes de ser regulados en un futuro proacuteximo

Entre ellos se incluyen los faacutermacos drogas de abuso productos asociados a la higiene y cuidado corporal retardantes de llama plaguicidashellip Caracteriacutesticas

alto consumo acumulacioacuten en el medio y organismos potencial disruptor endocrino toxicidadhellip

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

EDAR

Mezcla de ldquocontaminantes emergentesrdquo

metabolitos

substancias conjugadas

EXCRECIOacuteNVERTIDO

Retenidos en los lodos

inalterados

transformados

Mineralizados

Transformados

Inalterados

Presencia en aguas subterraneas superficiales y

sedimentos

Presencia en suelos

efluente

influente

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

bull 2005 la mayoriacutea de estudios realizados se centran en ndash Puesta a punto de meacutetodos analiacuteticos

ndash Deteccioacuten en aguas superficiales y subterraacuteneas

ndash Deteccioacuten en sistemas de tratamiento convencionales (EDARs)

ndash Deteccioacuten en efluentes de hospitales

bull Algunos estudios de degradacioacuten por bacterias en efluentes

bull Escasos (ninguno) estudios de degradacioacuten en lodos

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

HONGOS

Cual es el principal problema que presenta estudiar su degradacioacuten

Las bajas concentraciones en que se encuentran y el

hecho de estar en matrices muy complejas dificulta

su deteccioacuten y cuantificacioacuten

Aplicacioacuten en matrices liquidas y soacutelidas

Matrices liacutequidas

Aguas residuales de hospital

Aguas residuales de la Vila Universitaria

Concentrado de un proceso de membranas

Aguas de un hospital veterinario

Matrices solidas

Lodos de depuradoras urbanas

Lodos de reactor MBR

37 Verlicchi et al J hydrology 2010 also WST 2010

erythromycin (antibiotic)

Iopromide (ICM)

ifosfamide (cytostatic)

Ibuprofen (analgesic)

Glucose

Therapeutic classes contrast media (ICM) heavy metals in a hospital effluentndash Comparison with an urban effluent

Hospital effluent Mean value

Urban effluent Mean value

Degradacioacuten de faacutermacos modelo e identificacioacuten de productos de transformacioacuten en condiciones esteacuteriles

Nos permite demostrar que el hongo es

el responsable de la degradacioacuten

Tratamiento de efluentes reales en condiciones no esteacuteriles Cuantificacioacuten de la eliminacioacuten de faacutermacos y ecotoxicidad

Tratamiento de efluentes por hongos Degradacioacuten de faacutermacos

38

EXPERIMENTOS IN VIVO PARA CUANTIFICAR DEGRADACIOacuteN

EXPERIMENTOS PARA DETERMINAR EL PAPEL DE LOS ENZIMAS

- In vitro Lacasa comercial

- In vivo Inhibidores del citocrom P450 (1-aminobenzotriazole)

ESTUDIO DE LA TOXICIDAD (Microtox regTest )

- Bacteria bioluminescente V ficheri

- EC50 a los 15 min Concentracioacuten que disminuye la luz emitida por la bacteria al 50

- Cuanto mas alta sea la EC50 menor es la toxicidad

ANAgraveLISIS DE FAgraveRMACOS EXTRACCIOacuteN EN FASE SOacuteLIDA i HPLC

IDENTIFICACIOacuteN DE SUBPRODUCTOS Servei RMN-UAB

(Medio + contaminante) (Medio + contaminante+ hongo inactivado)

Adsorcioacuten Degradacioacuten miacutenima

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS INDIVIDUALES

EC50

50

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Control abioacutetico Control inactivado Experimental (Medio + contaminante+hongo activo)

Idaea-CSIC ICRA

Ketoprofeno

Eliminacioacute del 100

Metabolits hidroxilats

Perfil de concentracioacute de subproductes del ketoprofen

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS MODELO

IOPROMIDE degradation in Erlenmeyer flasks by

T versicolor pellets Time course degradation of Iopromide

added at approximately 12 mg L-1 Symbols non-inoculated controls ()

experimental cultures () heat-killed

controls () glucose () and laccase

activity (loz)

62 degradation is

observed after 7days of

exposure and remains

constant until the end of

the experiment

Toxicity by Microtox bioassay

Time EC50 ()

Non-biotic control 2

15min 2

8h 1

1d 43

4d 66

7d 87

12d 110

High toxicity at initial time

(EC50 2) Toxicity decreases

over time

Gros et al 2014 Water Research

Degradacioacuten de farmacos en aguas residuales

en bioreactor

CONDITIONS

Sterile effluent

No sterile

Batch

Continuous

Nutrients addition

Non-nutrients addition

Fluidized bed bioreactors 15

and 10 L

Air pulses

T versicolor in form of pellets

pH (45) and temperature (25ordmC)

control

MONITORING

Pharmaceuticals degradation

Acute toxicity (Microtox)

Laccase glucose etc

101

1-ep

oxyC

BZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Cipro

floxa

cin

50

100

150

200

250

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

Cef

alex

in

Ibup

rofe

n

Aceta

minop

hen

Azitro

micin

1

2

3

4

Ketop

rofe

n

Propr

anolol

Cita

lopr

am

Car

bamaz

epine

Acridon

e

Con

cen

tracioacute

(micro

g L

-1)

000

003

006

009

012

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS (Vila Universitaria de la UAB)

Tratamiento no esteril en batch

Eliminacioacuten completa del 70 de los faacutermacos detectados

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Comparacioacuten de la eliminacioacuten de los faacutermacos por el

hongo versus lodos activados (bibliografia)

Grup Fagravermac Concentracioacute

(microg L-1)

Eliminacioacute estegraveril

()

Eliminacioacute no estegraveril

()

Eliminacioacute per llots activats

() Analgegravesics Acetaminofen 387 100 100 82-99

Ibuprofen 1261 100 100 82-99 Ketoprofen lt048 35 100 lt50 Codeina 002 100 - lt82 Antibiogravetics Azitromicin 431 - 100 lt40

Ciprofloxacin 8471 - 35 50-96 (adsorcioacute) Cefalexin 059 - -51 96 β-blockers Propanolol 006 - 100 59-70 Psiquiatrics Carbamazepina 07 -37 Augmenta lt20 Augmenta

1011- epoxy CBZ 755 100 79 - 2-Hydroxy CBZ 1638 46 100 -

Acridone 101 100 Augmenta - Citalopram 01 100 100 -

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Porcentajes de eliminacioacuten superiores en el tratamiento por hongos

Problema cuantificacioacuten inicial de carbamazepina conjugacioacuten

Ace

tam

inop

hen

Ibup

rofen

Ket

opro

fen

Nap

roxe

n

Salicylic a

cid

Cod

eine

Phe

nazo

ne

Dex

amet

haso

ne

Diclofena

c

Piro

xica

m

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

500

1000

1500

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

50

Tratamiento no esteacuteril Analgeacutesicos

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

46

Cipro

floxa

cin

Oflo

xacin

Clarit

hrom

ycin

Sulfam

etho

xazo

le

Azith

rom

ycin

Met

ronida

zole

Met

ronida

zole-O

H

Trim

etho

prim

Dim

etrid

azole

Ron

idaz

ole

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

35

40

100

150

200

250

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Antibioacuteticos

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

101

1-ep

oxy

CBZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Car

bam

azep

ine

Acr

idon

e

Lora

zepa

m

Cita

lopr

am

Ven

lafaxine

Pra

vast

atin

Olanz

apine

Ser

tralin

e

Fluox

etine

Par

oxet

ine

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

000

025

050

075

100

400800

120016002000

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Faacutermacos de uso psiquiaacutetrico

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Ben

zotri

azole

OP2E

O

Eth

ylpa

rabe

n

Pro

pylpar

aben

BPA

OP

Con

cen

tration

(micro

g L

-1)

0

2

4

6

8

10

20

30

40

50

60

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Compuestos disruptores endocrinos

70 eliminacioacute

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Famiacutelia faacutermacos Tratamiento esteacuteril Tratamiento no esteacuteril

Carga inicial (microg)

Eliminacioacuten ()

Carga inicial (microg)

Eliminacioacute ()

Analgegravesics 1475 180 993 1511 179 988 Antibiogravetics 569 69 861 239 28 908 Cafeiumlna 757 92 79 1490 177 384 EDC 124 15 813 704 84 744 Iopromida 1046 128 755 4197 498 340 Altres fagravermacs 557 68 862 177 21 863 Psiquiagravetrics 3658 447 937 108 13 954 Cantidad total 8185 100 832 8427 100 533

Tratamiento adecuado para degradar faacutermacos en efluents de hospital

Siguiente objetivo Tratamiento en continuo de efluentes

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Fungal inoculated (I)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Non-inoculated (NI)

Non-sterile continuous

treatments of real effluents

VHW treatment

(

) Glucose concentration

(

) COD

(

) Laccase activity

(darr) Fungal biomass partial renovation

(mdash) Glucose addition rate

2 HRT studied

Decrease in laccase activity even with partial biomass renovation

Fungal inoculated (I)

Casas et al 2013 Env Technol 34 113

Glucose 026 g g DCW d

Ammonium 12 mg g DCW d

No glucose accumulation

Need for nutrients

Previous studies in synthetic

media and sterile conditions

CRT

Blaacutenquez et al 2006 Water Res 40 1650

CRT 21 days

13 biomass renovation every 7 days

CRT of 15 days

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Que es lo que sucede

Se muere el hongo aunque estamos renovando la

biomasa no hay suficiente hongo

No hay degradacioacuten

52

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

VHW treatment (2)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

NH4+ addition

PhACs removal

Fungal inoculated (I)

Non-inoculated (NI)

(

) Wastewater (Influent)

(

) Reactor effluent

The analyses have

been performed by

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Microbial community assessment (DGGE)

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Time

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Trametes versicolor

Candida spp

Fusarium solani

Unknown

T versicolor survived until the end of the treatment

laccase activity is not a good indicator

ESCENARIOS DE GESTIOacuteN DE EFLUENTES DE HOSPITAL

EDAR

No eliminacioacuten

de faacutermacos

Dilucioacuten en

el efluente

urbano

Aguas

urbanas

Fong

No eliminacioacuten

de DQO

Hongo Aguas

urbanas

EDAR

HOSPITAL

Srsquoha comprovat la capacitat de T versicolor per degradar fagravermacs

Badiacutea-Fabregat et al 2014 Rodriacuteguez-Rodriacuteguez et al 2014 Cruz-Moratoacute et al 2013

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Inconvenients al tractament drsquo

aiguumles drsquohospitals reals

- Necessitat drsquoaddicionar nutrients - Competegravencia amb bacteris

Possibles solucions Estrategravegies

- Pretractament de lrsquoefluent - Altres configuracions de reactors - Canvi en la font de carboni

Posada a punt del sistema TRH Relacioacute QRQL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

1 2 3

4

5

6

7

1 Tanc drsquoalimentacioacute 2 Tanc de mescla 3 Tanc drsquoeluents de

sortida 4 Bomba de recirculacioacute 5 Bioreactor 6 Entrada drsquoaire 7 Controlador de pH

TRH 3d

QL

QR

QL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

Desenvolupament processos

Efluent hospital

real (HWW)

Aiguumles residuals urbanes

(UWW)

Trametes versicolor

T versicolor crescut sobre fusta

Filtre percolador amb T versicolor crescut sobre fusta

Microalgues Degradacioacute a

escala Erlenmeyer Fotobioreactor FBR

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 22: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

Productes de degradacioacute del metabolisme del

fong per diferents famiacutelies de colorants

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 ppmLongitud dona (nm)

350 400 450 500 550 600 650

Absorb

agravencia

00

02

04

06

08

10

Temps 0 min

Temps 8 min

Temps 30 min

Temps 60 min

Temps 2h

Temps 4h

Temps 24h

0 min

4 h

24 h

60 min

2 h

30 min

8 min

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

Brilliant Green 1

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

N(CH2CH3)2

N(CH2CH3)2

BG1

CO2HCO2H

N(CH2CH3)2

CH3CHO

CH3CH(OH)2

CH3CO2H

NH(CH3CH2)2

+

SO4H-

NH(CH2CH3)2 + +

EL FONG EacuteS CAPACcedil DE DEGRADAR AgraveCID BENZOIC en 24 hores

H-RMN en liacutenea

Orange G

NH2CH2N

NH2

No subproductes

Acid Fuchsin

WRF

Citocromo P450

2 Lacasas

Lignina peroxidasa

Peroxidasa versaacutetil

MnP

1 Pero

xidasas

Enzimas modificadoras de lignina

Trametes versicolor

Enzimas extracelulares Enzimas intracelulares

Hidroxilacioacuten

Epoxidacioacuten

Reduccioacuten Desalquilacioacuten

Oxigenacioacuten

Ruptura C-C

Desmetilacioacuten

Hidroxilacioacuten Dipolimerizacioacuten fenoles

Oxidacioacuten alcoholes

El mecanismo de degradacioacuten de algunos contaminantes no esta ligado a la produccioacuten de los enzimas extracelulares sino al sistema intracelular Cytocromo P450 monooxigenasa

Identificacioacuten gen cyt P450 en P chrysosporium 1997 y en T versicolor 2002

Objetivo desarrollo de proceso

Reactor fludizado por pulsos de aire

Fong en forma de pegravelmiddotlets Biomassa fluiumlditzada per polsos drsquoaire Tordf ograveptima fong 25ordmC pH ograveptim fong 45 Nutrients (CN) y micronutrients Avaluacioacute activitat fuacutengica enzim lacasa Condicions esterils

Temps (d)

0 5 10 15 20

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Laca

sa (

UA

l)

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

Reducc

ioacute d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Glucosa

Lacasa

Reduccioacute de color

TRH (h)

0 20 40 60 80 100 120

mg G

LG e

limin

ats

lmiddoth

0

5

10

15

20

25

30

Experimental

Normativa

Efecte del TRH

TRH 48 h

Temps (d)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Laca

sa (

UA

l)

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

Reducc

ioacute d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Glucosa

Lacasa

Reduccioacute de color

0

20

40

60

80

100

0 7 14 21 28 35 42 49 56 63P

erc

en

tatg

e d

e b

iom

as

sa

()

Temps (d)

gt42 dies

35 dies

28 dies

21 dies

14 dies

7 dies

0 dies

Estrategravegia purga i renovacioacute 13 de la

biomassa cada 7 dies

TRC 21 dies

decoloracions gt 90

distribucioacute drsquoedats constant

82 biomassa amb lt28 dies

Pegraverdua morfologiacutea dels pegravelmiddotlets lisis celmiddotlular

Tiempo (d)0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Laca

sa (

UA

l)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

Reducc

ioacuten d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

10068 525 59 72 4848

- Renovar la biomassa - Ni macro ni micronutrients - Glucosa qualitat industrial - Colorant no estegraveril

Formulacioacute del medi de cultiu

Seleccioacute del bioreactor

Escalat

Escalat de la produccioacute de biomassa

Produccioacute de pegravelmiddotlets clagravessica

Coll drsquoampolla

Cost medi (extracte de malta)

Limitacioacute en la produccioacute a escala Erlenmeyer

Objectius

Morfologia en forma de pelmiddotlets

Mida plusmn 3mm

Pasos experimentals

40 x

Biomassa gt 3 g DCWmiddotl-1

Morfologia adequada

280

598 0

50

100

150

200

250

300

Malt extract Defined medium

Co

st (

euromiddotK

g-1) Reduccioacute de cost 98

Escalat de la produccioacute de biomassa

La enzima lacasa es uno de los principales

catalizadores de la biodegradacioacuten pero no el uacutenico

responsable

El hongo degrada casi todos los colorantes

(algunos si estan en concentraciones subtoacutexicas)

La monitorizacioacuten de la produccioacuten enzimaacutetica y

consumo de glucosa son buenos indicadores de la

actividad metaboacutelica del hongo hay que

suministrar nutrientes para mantener la actividad

enzimaacutetica

El hongo puede degradar metabolitos resultantes

de la degradacioacuten que el enzima lacasa no puede

degradar

Algunas conclusiones

Porque utilizar microorganismos y no enzimas

si es mucho mas facil dosificar enzimas

los efluentes a tratar (liacutequidos o soacutelidos) contienen

una mezcla muy compleja de contaminantes no

podemos optimizar ni el enzima ni las condiciones

es difiacutecil que un enzima pueda degradar todos los

contaminantes presentes

en muchos casos los enzimas solo realizan un paso

de la transformacioacuten y se pueden formar TPs toacutexicos

o no biodegradables

el microorganismo es un sistema multienzimaacutetico

2010 20151985 1990 1995 2000 2005

Cronograma de los trabajos publicados en relacioacuten a biodegradacioacuten de contaminantes por hongos en medio liacutequido

Contaminantes emergentes

Pesticidas (DDT amp DDE)

PCBs HAPs Disolventes clorados

AR de produccioacuten Aceite de oliva

AR de la induacutestria del papel

Retardantes de llama (Bromados)

Faacutermacos

Filtros solares UV

Deteccioacuten faacutermacos en medio ambient

Colorantes sinteacuteticos Explosivos

TNT y nitroglicerina

AR de la industria textil

ASPECTOS GENERALES

A que se llama contaminantes emergentes

Productos considerados contaminantes actualmente pero no en el pasado presentes de forma constante en el medio ambiente a bajas concentraciones provocando problemas en el ecosistema y pendientes de ser regulados en un futuro proacuteximo

Entre ellos se incluyen los faacutermacos drogas de abuso productos asociados a la higiene y cuidado corporal retardantes de llama plaguicidashellip Caracteriacutesticas

alto consumo acumulacioacuten en el medio y organismos potencial disruptor endocrino toxicidadhellip

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

EDAR

Mezcla de ldquocontaminantes emergentesrdquo

metabolitos

substancias conjugadas

EXCRECIOacuteNVERTIDO

Retenidos en los lodos

inalterados

transformados

Mineralizados

Transformados

Inalterados

Presencia en aguas subterraneas superficiales y

sedimentos

Presencia en suelos

efluente

influente

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

bull 2005 la mayoriacutea de estudios realizados se centran en ndash Puesta a punto de meacutetodos analiacuteticos

ndash Deteccioacuten en aguas superficiales y subterraacuteneas

ndash Deteccioacuten en sistemas de tratamiento convencionales (EDARs)

ndash Deteccioacuten en efluentes de hospitales

bull Algunos estudios de degradacioacuten por bacterias en efluentes

bull Escasos (ninguno) estudios de degradacioacuten en lodos

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

HONGOS

Cual es el principal problema que presenta estudiar su degradacioacuten

Las bajas concentraciones en que se encuentran y el

hecho de estar en matrices muy complejas dificulta

su deteccioacuten y cuantificacioacuten

Aplicacioacuten en matrices liquidas y soacutelidas

Matrices liacutequidas

Aguas residuales de hospital

Aguas residuales de la Vila Universitaria

Concentrado de un proceso de membranas

Aguas de un hospital veterinario

Matrices solidas

Lodos de depuradoras urbanas

Lodos de reactor MBR

37 Verlicchi et al J hydrology 2010 also WST 2010

erythromycin (antibiotic)

Iopromide (ICM)

ifosfamide (cytostatic)

Ibuprofen (analgesic)

Glucose

Therapeutic classes contrast media (ICM) heavy metals in a hospital effluentndash Comparison with an urban effluent

Hospital effluent Mean value

Urban effluent Mean value

Degradacioacuten de faacutermacos modelo e identificacioacuten de productos de transformacioacuten en condiciones esteacuteriles

Nos permite demostrar que el hongo es

el responsable de la degradacioacuten

Tratamiento de efluentes reales en condiciones no esteacuteriles Cuantificacioacuten de la eliminacioacuten de faacutermacos y ecotoxicidad

Tratamiento de efluentes por hongos Degradacioacuten de faacutermacos

38

EXPERIMENTOS IN VIVO PARA CUANTIFICAR DEGRADACIOacuteN

EXPERIMENTOS PARA DETERMINAR EL PAPEL DE LOS ENZIMAS

- In vitro Lacasa comercial

- In vivo Inhibidores del citocrom P450 (1-aminobenzotriazole)

ESTUDIO DE LA TOXICIDAD (Microtox regTest )

- Bacteria bioluminescente V ficheri

- EC50 a los 15 min Concentracioacuten que disminuye la luz emitida por la bacteria al 50

- Cuanto mas alta sea la EC50 menor es la toxicidad

ANAgraveLISIS DE FAgraveRMACOS EXTRACCIOacuteN EN FASE SOacuteLIDA i HPLC

IDENTIFICACIOacuteN DE SUBPRODUCTOS Servei RMN-UAB

(Medio + contaminante) (Medio + contaminante+ hongo inactivado)

Adsorcioacuten Degradacioacuten miacutenima

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS INDIVIDUALES

EC50

50

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Control abioacutetico Control inactivado Experimental (Medio + contaminante+hongo activo)

Idaea-CSIC ICRA

Ketoprofeno

Eliminacioacute del 100

Metabolits hidroxilats

Perfil de concentracioacute de subproductes del ketoprofen

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS MODELO

IOPROMIDE degradation in Erlenmeyer flasks by

T versicolor pellets Time course degradation of Iopromide

added at approximately 12 mg L-1 Symbols non-inoculated controls ()

experimental cultures () heat-killed

controls () glucose () and laccase

activity (loz)

62 degradation is

observed after 7days of

exposure and remains

constant until the end of

the experiment

Toxicity by Microtox bioassay

Time EC50 ()

Non-biotic control 2

15min 2

8h 1

1d 43

4d 66

7d 87

12d 110

High toxicity at initial time

(EC50 2) Toxicity decreases

over time

Gros et al 2014 Water Research

Degradacioacuten de farmacos en aguas residuales

en bioreactor

CONDITIONS

Sterile effluent

No sterile

Batch

Continuous

Nutrients addition

Non-nutrients addition

Fluidized bed bioreactors 15

and 10 L

Air pulses

T versicolor in form of pellets

pH (45) and temperature (25ordmC)

control

MONITORING

Pharmaceuticals degradation

Acute toxicity (Microtox)

Laccase glucose etc

101

1-ep

oxyC

BZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Cipro

floxa

cin

50

100

150

200

250

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

Cef

alex

in

Ibup

rofe

n

Aceta

minop

hen

Azitro

micin

1

2

3

4

Ketop

rofe

n

Propr

anolol

Cita

lopr

am

Car

bamaz

epine

Acridon

e

Con

cen

tracioacute

(micro

g L

-1)

000

003

006

009

012

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS (Vila Universitaria de la UAB)

Tratamiento no esteril en batch

Eliminacioacuten completa del 70 de los faacutermacos detectados

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Comparacioacuten de la eliminacioacuten de los faacutermacos por el

hongo versus lodos activados (bibliografia)

Grup Fagravermac Concentracioacute

(microg L-1)

Eliminacioacute estegraveril

()

Eliminacioacute no estegraveril

()

Eliminacioacute per llots activats

() Analgegravesics Acetaminofen 387 100 100 82-99

Ibuprofen 1261 100 100 82-99 Ketoprofen lt048 35 100 lt50 Codeina 002 100 - lt82 Antibiogravetics Azitromicin 431 - 100 lt40

Ciprofloxacin 8471 - 35 50-96 (adsorcioacute) Cefalexin 059 - -51 96 β-blockers Propanolol 006 - 100 59-70 Psiquiatrics Carbamazepina 07 -37 Augmenta lt20 Augmenta

1011- epoxy CBZ 755 100 79 - 2-Hydroxy CBZ 1638 46 100 -

Acridone 101 100 Augmenta - Citalopram 01 100 100 -

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Porcentajes de eliminacioacuten superiores en el tratamiento por hongos

Problema cuantificacioacuten inicial de carbamazepina conjugacioacuten

Ace

tam

inop

hen

Ibup

rofen

Ket

opro

fen

Nap

roxe

n

Salicylic a

cid

Cod

eine

Phe

nazo

ne

Dex

amet

haso

ne

Diclofena

c

Piro

xica

m

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

500

1000

1500

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

50

Tratamiento no esteacuteril Analgeacutesicos

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

46

Cipro

floxa

cin

Oflo

xacin

Clarit

hrom

ycin

Sulfam

etho

xazo

le

Azith

rom

ycin

Met

ronida

zole

Met

ronida

zole-O

H

Trim

etho

prim

Dim

etrid

azole

Ron

idaz

ole

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

35

40

100

150

200

250

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Antibioacuteticos

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

101

1-ep

oxy

CBZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Car

bam

azep

ine

Acr

idon

e

Lora

zepa

m

Cita

lopr

am

Ven

lafaxine

Pra

vast

atin

Olanz

apine

Ser

tralin

e

Fluox

etine

Par

oxet

ine

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

000

025

050

075

100

400800

120016002000

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Faacutermacos de uso psiquiaacutetrico

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Ben

zotri

azole

OP2E

O

Eth

ylpa

rabe

n

Pro

pylpar

aben

BPA

OP

Con

cen

tration

(micro

g L

-1)

0

2

4

6

8

10

20

30

40

50

60

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Compuestos disruptores endocrinos

70 eliminacioacute

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Famiacutelia faacutermacos Tratamiento esteacuteril Tratamiento no esteacuteril

Carga inicial (microg)

Eliminacioacuten ()

Carga inicial (microg)

Eliminacioacute ()

Analgegravesics 1475 180 993 1511 179 988 Antibiogravetics 569 69 861 239 28 908 Cafeiumlna 757 92 79 1490 177 384 EDC 124 15 813 704 84 744 Iopromida 1046 128 755 4197 498 340 Altres fagravermacs 557 68 862 177 21 863 Psiquiagravetrics 3658 447 937 108 13 954 Cantidad total 8185 100 832 8427 100 533

Tratamiento adecuado para degradar faacutermacos en efluents de hospital

Siguiente objetivo Tratamiento en continuo de efluentes

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Fungal inoculated (I)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Non-inoculated (NI)

Non-sterile continuous

treatments of real effluents

VHW treatment

(

) Glucose concentration

(

) COD

(

) Laccase activity

(darr) Fungal biomass partial renovation

(mdash) Glucose addition rate

2 HRT studied

Decrease in laccase activity even with partial biomass renovation

Fungal inoculated (I)

Casas et al 2013 Env Technol 34 113

Glucose 026 g g DCW d

Ammonium 12 mg g DCW d

No glucose accumulation

Need for nutrients

Previous studies in synthetic

media and sterile conditions

CRT

Blaacutenquez et al 2006 Water Res 40 1650

CRT 21 days

13 biomass renovation every 7 days

CRT of 15 days

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Que es lo que sucede

Se muere el hongo aunque estamos renovando la

biomasa no hay suficiente hongo

No hay degradacioacuten

52

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

VHW treatment (2)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

NH4+ addition

PhACs removal

Fungal inoculated (I)

Non-inoculated (NI)

(

) Wastewater (Influent)

(

) Reactor effluent

The analyses have

been performed by

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Microbial community assessment (DGGE)

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Time

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Trametes versicolor

Candida spp

Fusarium solani

Unknown

T versicolor survived until the end of the treatment

laccase activity is not a good indicator

ESCENARIOS DE GESTIOacuteN DE EFLUENTES DE HOSPITAL

EDAR

No eliminacioacuten

de faacutermacos

Dilucioacuten en

el efluente

urbano

Aguas

urbanas

Fong

No eliminacioacuten

de DQO

Hongo Aguas

urbanas

EDAR

HOSPITAL

Srsquoha comprovat la capacitat de T versicolor per degradar fagravermacs

Badiacutea-Fabregat et al 2014 Rodriacuteguez-Rodriacuteguez et al 2014 Cruz-Moratoacute et al 2013

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Inconvenients al tractament drsquo

aiguumles drsquohospitals reals

- Necessitat drsquoaddicionar nutrients - Competegravencia amb bacteris

Possibles solucions Estrategravegies

- Pretractament de lrsquoefluent - Altres configuracions de reactors - Canvi en la font de carboni

Posada a punt del sistema TRH Relacioacute QRQL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

1 2 3

4

5

6

7

1 Tanc drsquoalimentacioacute 2 Tanc de mescla 3 Tanc drsquoeluents de

sortida 4 Bomba de recirculacioacute 5 Bioreactor 6 Entrada drsquoaire 7 Controlador de pH

TRH 3d

QL

QR

QL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

Desenvolupament processos

Efluent hospital

real (HWW)

Aiguumles residuals urbanes

(UWW)

Trametes versicolor

T versicolor crescut sobre fusta

Filtre percolador amb T versicolor crescut sobre fusta

Microalgues Degradacioacute a

escala Erlenmeyer Fotobioreactor FBR

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 23: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

WRF

Citocromo P450

2 Lacasas

Lignina peroxidasa

Peroxidasa versaacutetil

MnP

1 Pero

xidasas

Enzimas modificadoras de lignina

Trametes versicolor

Enzimas extracelulares Enzimas intracelulares

Hidroxilacioacuten

Epoxidacioacuten

Reduccioacuten Desalquilacioacuten

Oxigenacioacuten

Ruptura C-C

Desmetilacioacuten

Hidroxilacioacuten Dipolimerizacioacuten fenoles

Oxidacioacuten alcoholes

El mecanismo de degradacioacuten de algunos contaminantes no esta ligado a la produccioacuten de los enzimas extracelulares sino al sistema intracelular Cytocromo P450 monooxigenasa

Identificacioacuten gen cyt P450 en P chrysosporium 1997 y en T versicolor 2002

Objetivo desarrollo de proceso

Reactor fludizado por pulsos de aire

Fong en forma de pegravelmiddotlets Biomassa fluiumlditzada per polsos drsquoaire Tordf ograveptima fong 25ordmC pH ograveptim fong 45 Nutrients (CN) y micronutrients Avaluacioacute activitat fuacutengica enzim lacasa Condicions esterils

Temps (d)

0 5 10 15 20

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Laca

sa (

UA

l)

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

Reducc

ioacute d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Glucosa

Lacasa

Reduccioacute de color

TRH (h)

0 20 40 60 80 100 120

mg G

LG e

limin

ats

lmiddoth

0

5

10

15

20

25

30

Experimental

Normativa

Efecte del TRH

TRH 48 h

Temps (d)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Laca

sa (

UA

l)

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

Reducc

ioacute d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Glucosa

Lacasa

Reduccioacute de color

0

20

40

60

80

100

0 7 14 21 28 35 42 49 56 63P

erc

en

tatg

e d

e b

iom

as

sa

()

Temps (d)

gt42 dies

35 dies

28 dies

21 dies

14 dies

7 dies

0 dies

Estrategravegia purga i renovacioacute 13 de la

biomassa cada 7 dies

TRC 21 dies

decoloracions gt 90

distribucioacute drsquoedats constant

82 biomassa amb lt28 dies

Pegraverdua morfologiacutea dels pegravelmiddotlets lisis celmiddotlular

Tiempo (d)0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Laca

sa (

UA

l)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

Reducc

ioacuten d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

10068 525 59 72 4848

- Renovar la biomassa - Ni macro ni micronutrients - Glucosa qualitat industrial - Colorant no estegraveril

Formulacioacute del medi de cultiu

Seleccioacute del bioreactor

Escalat

Escalat de la produccioacute de biomassa

Produccioacute de pegravelmiddotlets clagravessica

Coll drsquoampolla

Cost medi (extracte de malta)

Limitacioacute en la produccioacute a escala Erlenmeyer

Objectius

Morfologia en forma de pelmiddotlets

Mida plusmn 3mm

Pasos experimentals

40 x

Biomassa gt 3 g DCWmiddotl-1

Morfologia adequada

280

598 0

50

100

150

200

250

300

Malt extract Defined medium

Co

st (

euromiddotK

g-1) Reduccioacute de cost 98

Escalat de la produccioacute de biomassa

La enzima lacasa es uno de los principales

catalizadores de la biodegradacioacuten pero no el uacutenico

responsable

El hongo degrada casi todos los colorantes

(algunos si estan en concentraciones subtoacutexicas)

La monitorizacioacuten de la produccioacuten enzimaacutetica y

consumo de glucosa son buenos indicadores de la

actividad metaboacutelica del hongo hay que

suministrar nutrientes para mantener la actividad

enzimaacutetica

El hongo puede degradar metabolitos resultantes

de la degradacioacuten que el enzima lacasa no puede

degradar

Algunas conclusiones

Porque utilizar microorganismos y no enzimas

si es mucho mas facil dosificar enzimas

los efluentes a tratar (liacutequidos o soacutelidos) contienen

una mezcla muy compleja de contaminantes no

podemos optimizar ni el enzima ni las condiciones

es difiacutecil que un enzima pueda degradar todos los

contaminantes presentes

en muchos casos los enzimas solo realizan un paso

de la transformacioacuten y se pueden formar TPs toacutexicos

o no biodegradables

el microorganismo es un sistema multienzimaacutetico

2010 20151985 1990 1995 2000 2005

Cronograma de los trabajos publicados en relacioacuten a biodegradacioacuten de contaminantes por hongos en medio liacutequido

Contaminantes emergentes

Pesticidas (DDT amp DDE)

PCBs HAPs Disolventes clorados

AR de produccioacuten Aceite de oliva

AR de la induacutestria del papel

Retardantes de llama (Bromados)

Faacutermacos

Filtros solares UV

Deteccioacuten faacutermacos en medio ambient

Colorantes sinteacuteticos Explosivos

TNT y nitroglicerina

AR de la industria textil

ASPECTOS GENERALES

A que se llama contaminantes emergentes

Productos considerados contaminantes actualmente pero no en el pasado presentes de forma constante en el medio ambiente a bajas concentraciones provocando problemas en el ecosistema y pendientes de ser regulados en un futuro proacuteximo

Entre ellos se incluyen los faacutermacos drogas de abuso productos asociados a la higiene y cuidado corporal retardantes de llama plaguicidashellip Caracteriacutesticas

alto consumo acumulacioacuten en el medio y organismos potencial disruptor endocrino toxicidadhellip

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

EDAR

Mezcla de ldquocontaminantes emergentesrdquo

metabolitos

substancias conjugadas

EXCRECIOacuteNVERTIDO

Retenidos en los lodos

inalterados

transformados

Mineralizados

Transformados

Inalterados

Presencia en aguas subterraneas superficiales y

sedimentos

Presencia en suelos

efluente

influente

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

bull 2005 la mayoriacutea de estudios realizados se centran en ndash Puesta a punto de meacutetodos analiacuteticos

ndash Deteccioacuten en aguas superficiales y subterraacuteneas

ndash Deteccioacuten en sistemas de tratamiento convencionales (EDARs)

ndash Deteccioacuten en efluentes de hospitales

bull Algunos estudios de degradacioacuten por bacterias en efluentes

bull Escasos (ninguno) estudios de degradacioacuten en lodos

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

HONGOS

Cual es el principal problema que presenta estudiar su degradacioacuten

Las bajas concentraciones en que se encuentran y el

hecho de estar en matrices muy complejas dificulta

su deteccioacuten y cuantificacioacuten

Aplicacioacuten en matrices liquidas y soacutelidas

Matrices liacutequidas

Aguas residuales de hospital

Aguas residuales de la Vila Universitaria

Concentrado de un proceso de membranas

Aguas de un hospital veterinario

Matrices solidas

Lodos de depuradoras urbanas

Lodos de reactor MBR

37 Verlicchi et al J hydrology 2010 also WST 2010

erythromycin (antibiotic)

Iopromide (ICM)

ifosfamide (cytostatic)

Ibuprofen (analgesic)

Glucose

Therapeutic classes contrast media (ICM) heavy metals in a hospital effluentndash Comparison with an urban effluent

Hospital effluent Mean value

Urban effluent Mean value

Degradacioacuten de faacutermacos modelo e identificacioacuten de productos de transformacioacuten en condiciones esteacuteriles

Nos permite demostrar que el hongo es

el responsable de la degradacioacuten

Tratamiento de efluentes reales en condiciones no esteacuteriles Cuantificacioacuten de la eliminacioacuten de faacutermacos y ecotoxicidad

Tratamiento de efluentes por hongos Degradacioacuten de faacutermacos

38

EXPERIMENTOS IN VIVO PARA CUANTIFICAR DEGRADACIOacuteN

EXPERIMENTOS PARA DETERMINAR EL PAPEL DE LOS ENZIMAS

- In vitro Lacasa comercial

- In vivo Inhibidores del citocrom P450 (1-aminobenzotriazole)

ESTUDIO DE LA TOXICIDAD (Microtox regTest )

- Bacteria bioluminescente V ficheri

- EC50 a los 15 min Concentracioacuten que disminuye la luz emitida por la bacteria al 50

- Cuanto mas alta sea la EC50 menor es la toxicidad

ANAgraveLISIS DE FAgraveRMACOS EXTRACCIOacuteN EN FASE SOacuteLIDA i HPLC

IDENTIFICACIOacuteN DE SUBPRODUCTOS Servei RMN-UAB

(Medio + contaminante) (Medio + contaminante+ hongo inactivado)

Adsorcioacuten Degradacioacuten miacutenima

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS INDIVIDUALES

EC50

50

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Control abioacutetico Control inactivado Experimental (Medio + contaminante+hongo activo)

Idaea-CSIC ICRA

Ketoprofeno

Eliminacioacute del 100

Metabolits hidroxilats

Perfil de concentracioacute de subproductes del ketoprofen

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS MODELO

IOPROMIDE degradation in Erlenmeyer flasks by

T versicolor pellets Time course degradation of Iopromide

added at approximately 12 mg L-1 Symbols non-inoculated controls ()

experimental cultures () heat-killed

controls () glucose () and laccase

activity (loz)

62 degradation is

observed after 7days of

exposure and remains

constant until the end of

the experiment

Toxicity by Microtox bioassay

Time EC50 ()

Non-biotic control 2

15min 2

8h 1

1d 43

4d 66

7d 87

12d 110

High toxicity at initial time

(EC50 2) Toxicity decreases

over time

Gros et al 2014 Water Research

Degradacioacuten de farmacos en aguas residuales

en bioreactor

CONDITIONS

Sterile effluent

No sterile

Batch

Continuous

Nutrients addition

Non-nutrients addition

Fluidized bed bioreactors 15

and 10 L

Air pulses

T versicolor in form of pellets

pH (45) and temperature (25ordmC)

control

MONITORING

Pharmaceuticals degradation

Acute toxicity (Microtox)

Laccase glucose etc

101

1-ep

oxyC

BZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Cipro

floxa

cin

50

100

150

200

250

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

Cef

alex

in

Ibup

rofe

n

Aceta

minop

hen

Azitro

micin

1

2

3

4

Ketop

rofe

n

Propr

anolol

Cita

lopr

am

Car

bamaz

epine

Acridon

e

Con

cen

tracioacute

(micro

g L

-1)

000

003

006

009

012

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS (Vila Universitaria de la UAB)

Tratamiento no esteril en batch

Eliminacioacuten completa del 70 de los faacutermacos detectados

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Comparacioacuten de la eliminacioacuten de los faacutermacos por el

hongo versus lodos activados (bibliografia)

Grup Fagravermac Concentracioacute

(microg L-1)

Eliminacioacute estegraveril

()

Eliminacioacute no estegraveril

()

Eliminacioacute per llots activats

() Analgegravesics Acetaminofen 387 100 100 82-99

Ibuprofen 1261 100 100 82-99 Ketoprofen lt048 35 100 lt50 Codeina 002 100 - lt82 Antibiogravetics Azitromicin 431 - 100 lt40

Ciprofloxacin 8471 - 35 50-96 (adsorcioacute) Cefalexin 059 - -51 96 β-blockers Propanolol 006 - 100 59-70 Psiquiatrics Carbamazepina 07 -37 Augmenta lt20 Augmenta

1011- epoxy CBZ 755 100 79 - 2-Hydroxy CBZ 1638 46 100 -

Acridone 101 100 Augmenta - Citalopram 01 100 100 -

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Porcentajes de eliminacioacuten superiores en el tratamiento por hongos

Problema cuantificacioacuten inicial de carbamazepina conjugacioacuten

Ace

tam

inop

hen

Ibup

rofen

Ket

opro

fen

Nap

roxe

n

Salicylic a

cid

Cod

eine

Phe

nazo

ne

Dex

amet

haso

ne

Diclofena

c

Piro

xica

m

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

500

1000

1500

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

50

Tratamiento no esteacuteril Analgeacutesicos

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

46

Cipro

floxa

cin

Oflo

xacin

Clarit

hrom

ycin

Sulfam

etho

xazo

le

Azith

rom

ycin

Met

ronida

zole

Met

ronida

zole-O

H

Trim

etho

prim

Dim

etrid

azole

Ron

idaz

ole

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

35

40

100

150

200

250

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Antibioacuteticos

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

101

1-ep

oxy

CBZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Car

bam

azep

ine

Acr

idon

e

Lora

zepa

m

Cita

lopr

am

Ven

lafaxine

Pra

vast

atin

Olanz

apine

Ser

tralin

e

Fluox

etine

Par

oxet

ine

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

000

025

050

075

100

400800

120016002000

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Faacutermacos de uso psiquiaacutetrico

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Ben

zotri

azole

OP2E

O

Eth

ylpa

rabe

n

Pro

pylpar

aben

BPA

OP

Con

cen

tration

(micro

g L

-1)

0

2

4

6

8

10

20

30

40

50

60

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Compuestos disruptores endocrinos

70 eliminacioacute

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Famiacutelia faacutermacos Tratamiento esteacuteril Tratamiento no esteacuteril

Carga inicial (microg)

Eliminacioacuten ()

Carga inicial (microg)

Eliminacioacute ()

Analgegravesics 1475 180 993 1511 179 988 Antibiogravetics 569 69 861 239 28 908 Cafeiumlna 757 92 79 1490 177 384 EDC 124 15 813 704 84 744 Iopromida 1046 128 755 4197 498 340 Altres fagravermacs 557 68 862 177 21 863 Psiquiagravetrics 3658 447 937 108 13 954 Cantidad total 8185 100 832 8427 100 533

Tratamiento adecuado para degradar faacutermacos en efluents de hospital

Siguiente objetivo Tratamiento en continuo de efluentes

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Fungal inoculated (I)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Non-inoculated (NI)

Non-sterile continuous

treatments of real effluents

VHW treatment

(

) Glucose concentration

(

) COD

(

) Laccase activity

(darr) Fungal biomass partial renovation

(mdash) Glucose addition rate

2 HRT studied

Decrease in laccase activity even with partial biomass renovation

Fungal inoculated (I)

Casas et al 2013 Env Technol 34 113

Glucose 026 g g DCW d

Ammonium 12 mg g DCW d

No glucose accumulation

Need for nutrients

Previous studies in synthetic

media and sterile conditions

CRT

Blaacutenquez et al 2006 Water Res 40 1650

CRT 21 days

13 biomass renovation every 7 days

CRT of 15 days

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Que es lo que sucede

Se muere el hongo aunque estamos renovando la

biomasa no hay suficiente hongo

No hay degradacioacuten

52

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

VHW treatment (2)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

NH4+ addition

PhACs removal

Fungal inoculated (I)

Non-inoculated (NI)

(

) Wastewater (Influent)

(

) Reactor effluent

The analyses have

been performed by

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Microbial community assessment (DGGE)

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Time

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Trametes versicolor

Candida spp

Fusarium solani

Unknown

T versicolor survived until the end of the treatment

laccase activity is not a good indicator

ESCENARIOS DE GESTIOacuteN DE EFLUENTES DE HOSPITAL

EDAR

No eliminacioacuten

de faacutermacos

Dilucioacuten en

el efluente

urbano

Aguas

urbanas

Fong

No eliminacioacuten

de DQO

Hongo Aguas

urbanas

EDAR

HOSPITAL

Srsquoha comprovat la capacitat de T versicolor per degradar fagravermacs

Badiacutea-Fabregat et al 2014 Rodriacuteguez-Rodriacuteguez et al 2014 Cruz-Moratoacute et al 2013

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Inconvenients al tractament drsquo

aiguumles drsquohospitals reals

- Necessitat drsquoaddicionar nutrients - Competegravencia amb bacteris

Possibles solucions Estrategravegies

- Pretractament de lrsquoefluent - Altres configuracions de reactors - Canvi en la font de carboni

Posada a punt del sistema TRH Relacioacute QRQL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

1 2 3

4

5

6

7

1 Tanc drsquoalimentacioacute 2 Tanc de mescla 3 Tanc drsquoeluents de

sortida 4 Bomba de recirculacioacute 5 Bioreactor 6 Entrada drsquoaire 7 Controlador de pH

TRH 3d

QL

QR

QL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

Desenvolupament processos

Efluent hospital

real (HWW)

Aiguumles residuals urbanes

(UWW)

Trametes versicolor

T versicolor crescut sobre fusta

Filtre percolador amb T versicolor crescut sobre fusta

Microalgues Degradacioacute a

escala Erlenmeyer Fotobioreactor FBR

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 24: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

El mecanismo de degradacioacuten de algunos contaminantes no esta ligado a la produccioacuten de los enzimas extracelulares sino al sistema intracelular Cytocromo P450 monooxigenasa

Identificacioacuten gen cyt P450 en P chrysosporium 1997 y en T versicolor 2002

Objetivo desarrollo de proceso

Reactor fludizado por pulsos de aire

Fong en forma de pegravelmiddotlets Biomassa fluiumlditzada per polsos drsquoaire Tordf ograveptima fong 25ordmC pH ograveptim fong 45 Nutrients (CN) y micronutrients Avaluacioacute activitat fuacutengica enzim lacasa Condicions esterils

Temps (d)

0 5 10 15 20

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Laca

sa (

UA

l)

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

Reducc

ioacute d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Glucosa

Lacasa

Reduccioacute de color

TRH (h)

0 20 40 60 80 100 120

mg G

LG e

limin

ats

lmiddoth

0

5

10

15

20

25

30

Experimental

Normativa

Efecte del TRH

TRH 48 h

Temps (d)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Laca

sa (

UA

l)

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

Reducc

ioacute d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Glucosa

Lacasa

Reduccioacute de color

0

20

40

60

80

100

0 7 14 21 28 35 42 49 56 63P

erc

en

tatg

e d

e b

iom

as

sa

()

Temps (d)

gt42 dies

35 dies

28 dies

21 dies

14 dies

7 dies

0 dies

Estrategravegia purga i renovacioacute 13 de la

biomassa cada 7 dies

TRC 21 dies

decoloracions gt 90

distribucioacute drsquoedats constant

82 biomassa amb lt28 dies

Pegraverdua morfologiacutea dels pegravelmiddotlets lisis celmiddotlular

Tiempo (d)0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Laca

sa (

UA

l)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

Reducc

ioacuten d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

10068 525 59 72 4848

- Renovar la biomassa - Ni macro ni micronutrients - Glucosa qualitat industrial - Colorant no estegraveril

Formulacioacute del medi de cultiu

Seleccioacute del bioreactor

Escalat

Escalat de la produccioacute de biomassa

Produccioacute de pegravelmiddotlets clagravessica

Coll drsquoampolla

Cost medi (extracte de malta)

Limitacioacute en la produccioacute a escala Erlenmeyer

Objectius

Morfologia en forma de pelmiddotlets

Mida plusmn 3mm

Pasos experimentals

40 x

Biomassa gt 3 g DCWmiddotl-1

Morfologia adequada

280

598 0

50

100

150

200

250

300

Malt extract Defined medium

Co

st (

euromiddotK

g-1) Reduccioacute de cost 98

Escalat de la produccioacute de biomassa

La enzima lacasa es uno de los principales

catalizadores de la biodegradacioacuten pero no el uacutenico

responsable

El hongo degrada casi todos los colorantes

(algunos si estan en concentraciones subtoacutexicas)

La monitorizacioacuten de la produccioacuten enzimaacutetica y

consumo de glucosa son buenos indicadores de la

actividad metaboacutelica del hongo hay que

suministrar nutrientes para mantener la actividad

enzimaacutetica

El hongo puede degradar metabolitos resultantes

de la degradacioacuten que el enzima lacasa no puede

degradar

Algunas conclusiones

Porque utilizar microorganismos y no enzimas

si es mucho mas facil dosificar enzimas

los efluentes a tratar (liacutequidos o soacutelidos) contienen

una mezcla muy compleja de contaminantes no

podemos optimizar ni el enzima ni las condiciones

es difiacutecil que un enzima pueda degradar todos los

contaminantes presentes

en muchos casos los enzimas solo realizan un paso

de la transformacioacuten y se pueden formar TPs toacutexicos

o no biodegradables

el microorganismo es un sistema multienzimaacutetico

2010 20151985 1990 1995 2000 2005

Cronograma de los trabajos publicados en relacioacuten a biodegradacioacuten de contaminantes por hongos en medio liacutequido

Contaminantes emergentes

Pesticidas (DDT amp DDE)

PCBs HAPs Disolventes clorados

AR de produccioacuten Aceite de oliva

AR de la induacutestria del papel

Retardantes de llama (Bromados)

Faacutermacos

Filtros solares UV

Deteccioacuten faacutermacos en medio ambient

Colorantes sinteacuteticos Explosivos

TNT y nitroglicerina

AR de la industria textil

ASPECTOS GENERALES

A que se llama contaminantes emergentes

Productos considerados contaminantes actualmente pero no en el pasado presentes de forma constante en el medio ambiente a bajas concentraciones provocando problemas en el ecosistema y pendientes de ser regulados en un futuro proacuteximo

Entre ellos se incluyen los faacutermacos drogas de abuso productos asociados a la higiene y cuidado corporal retardantes de llama plaguicidashellip Caracteriacutesticas

alto consumo acumulacioacuten en el medio y organismos potencial disruptor endocrino toxicidadhellip

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

EDAR

Mezcla de ldquocontaminantes emergentesrdquo

metabolitos

substancias conjugadas

EXCRECIOacuteNVERTIDO

Retenidos en los lodos

inalterados

transformados

Mineralizados

Transformados

Inalterados

Presencia en aguas subterraneas superficiales y

sedimentos

Presencia en suelos

efluente

influente

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

bull 2005 la mayoriacutea de estudios realizados se centran en ndash Puesta a punto de meacutetodos analiacuteticos

ndash Deteccioacuten en aguas superficiales y subterraacuteneas

ndash Deteccioacuten en sistemas de tratamiento convencionales (EDARs)

ndash Deteccioacuten en efluentes de hospitales

bull Algunos estudios de degradacioacuten por bacterias en efluentes

bull Escasos (ninguno) estudios de degradacioacuten en lodos

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

HONGOS

Cual es el principal problema que presenta estudiar su degradacioacuten

Las bajas concentraciones en que se encuentran y el

hecho de estar en matrices muy complejas dificulta

su deteccioacuten y cuantificacioacuten

Aplicacioacuten en matrices liquidas y soacutelidas

Matrices liacutequidas

Aguas residuales de hospital

Aguas residuales de la Vila Universitaria

Concentrado de un proceso de membranas

Aguas de un hospital veterinario

Matrices solidas

Lodos de depuradoras urbanas

Lodos de reactor MBR

37 Verlicchi et al J hydrology 2010 also WST 2010

erythromycin (antibiotic)

Iopromide (ICM)

ifosfamide (cytostatic)

Ibuprofen (analgesic)

Glucose

Therapeutic classes contrast media (ICM) heavy metals in a hospital effluentndash Comparison with an urban effluent

Hospital effluent Mean value

Urban effluent Mean value

Degradacioacuten de faacutermacos modelo e identificacioacuten de productos de transformacioacuten en condiciones esteacuteriles

Nos permite demostrar que el hongo es

el responsable de la degradacioacuten

Tratamiento de efluentes reales en condiciones no esteacuteriles Cuantificacioacuten de la eliminacioacuten de faacutermacos y ecotoxicidad

Tratamiento de efluentes por hongos Degradacioacuten de faacutermacos

38

EXPERIMENTOS IN VIVO PARA CUANTIFICAR DEGRADACIOacuteN

EXPERIMENTOS PARA DETERMINAR EL PAPEL DE LOS ENZIMAS

- In vitro Lacasa comercial

- In vivo Inhibidores del citocrom P450 (1-aminobenzotriazole)

ESTUDIO DE LA TOXICIDAD (Microtox regTest )

- Bacteria bioluminescente V ficheri

- EC50 a los 15 min Concentracioacuten que disminuye la luz emitida por la bacteria al 50

- Cuanto mas alta sea la EC50 menor es la toxicidad

ANAgraveLISIS DE FAgraveRMACOS EXTRACCIOacuteN EN FASE SOacuteLIDA i HPLC

IDENTIFICACIOacuteN DE SUBPRODUCTOS Servei RMN-UAB

(Medio + contaminante) (Medio + contaminante+ hongo inactivado)

Adsorcioacuten Degradacioacuten miacutenima

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS INDIVIDUALES

EC50

50

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Control abioacutetico Control inactivado Experimental (Medio + contaminante+hongo activo)

Idaea-CSIC ICRA

Ketoprofeno

Eliminacioacute del 100

Metabolits hidroxilats

Perfil de concentracioacute de subproductes del ketoprofen

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS MODELO

IOPROMIDE degradation in Erlenmeyer flasks by

T versicolor pellets Time course degradation of Iopromide

added at approximately 12 mg L-1 Symbols non-inoculated controls ()

experimental cultures () heat-killed

controls () glucose () and laccase

activity (loz)

62 degradation is

observed after 7days of

exposure and remains

constant until the end of

the experiment

Toxicity by Microtox bioassay

Time EC50 ()

Non-biotic control 2

15min 2

8h 1

1d 43

4d 66

7d 87

12d 110

High toxicity at initial time

(EC50 2) Toxicity decreases

over time

Gros et al 2014 Water Research

Degradacioacuten de farmacos en aguas residuales

en bioreactor

CONDITIONS

Sterile effluent

No sterile

Batch

Continuous

Nutrients addition

Non-nutrients addition

Fluidized bed bioreactors 15

and 10 L

Air pulses

T versicolor in form of pellets

pH (45) and temperature (25ordmC)

control

MONITORING

Pharmaceuticals degradation

Acute toxicity (Microtox)

Laccase glucose etc

101

1-ep

oxyC

BZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Cipro

floxa

cin

50

100

150

200

250

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

Cef

alex

in

Ibup

rofe

n

Aceta

minop

hen

Azitro

micin

1

2

3

4

Ketop

rofe

n

Propr

anolol

Cita

lopr

am

Car

bamaz

epine

Acridon

e

Con

cen

tracioacute

(micro

g L

-1)

000

003

006

009

012

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS (Vila Universitaria de la UAB)

Tratamiento no esteril en batch

Eliminacioacuten completa del 70 de los faacutermacos detectados

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Comparacioacuten de la eliminacioacuten de los faacutermacos por el

hongo versus lodos activados (bibliografia)

Grup Fagravermac Concentracioacute

(microg L-1)

Eliminacioacute estegraveril

()

Eliminacioacute no estegraveril

()

Eliminacioacute per llots activats

() Analgegravesics Acetaminofen 387 100 100 82-99

Ibuprofen 1261 100 100 82-99 Ketoprofen lt048 35 100 lt50 Codeina 002 100 - lt82 Antibiogravetics Azitromicin 431 - 100 lt40

Ciprofloxacin 8471 - 35 50-96 (adsorcioacute) Cefalexin 059 - -51 96 β-blockers Propanolol 006 - 100 59-70 Psiquiatrics Carbamazepina 07 -37 Augmenta lt20 Augmenta

1011- epoxy CBZ 755 100 79 - 2-Hydroxy CBZ 1638 46 100 -

Acridone 101 100 Augmenta - Citalopram 01 100 100 -

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Porcentajes de eliminacioacuten superiores en el tratamiento por hongos

Problema cuantificacioacuten inicial de carbamazepina conjugacioacuten

Ace

tam

inop

hen

Ibup

rofen

Ket

opro

fen

Nap

roxe

n

Salicylic a

cid

Cod

eine

Phe

nazo

ne

Dex

amet

haso

ne

Diclofena

c

Piro

xica

m

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

500

1000

1500

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

50

Tratamiento no esteacuteril Analgeacutesicos

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

46

Cipro

floxa

cin

Oflo

xacin

Clarit

hrom

ycin

Sulfam

etho

xazo

le

Azith

rom

ycin

Met

ronida

zole

Met

ronida

zole-O

H

Trim

etho

prim

Dim

etrid

azole

Ron

idaz

ole

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

35

40

100

150

200

250

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Antibioacuteticos

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

101

1-ep

oxy

CBZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Car

bam

azep

ine

Acr

idon

e

Lora

zepa

m

Cita

lopr

am

Ven

lafaxine

Pra

vast

atin

Olanz

apine

Ser

tralin

e

Fluox

etine

Par

oxet

ine

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

000

025

050

075

100

400800

120016002000

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Faacutermacos de uso psiquiaacutetrico

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Ben

zotri

azole

OP2E

O

Eth

ylpa

rabe

n

Pro

pylpar

aben

BPA

OP

Con

cen

tration

(micro

g L

-1)

0

2

4

6

8

10

20

30

40

50

60

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Compuestos disruptores endocrinos

70 eliminacioacute

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Famiacutelia faacutermacos Tratamiento esteacuteril Tratamiento no esteacuteril

Carga inicial (microg)

Eliminacioacuten ()

Carga inicial (microg)

Eliminacioacute ()

Analgegravesics 1475 180 993 1511 179 988 Antibiogravetics 569 69 861 239 28 908 Cafeiumlna 757 92 79 1490 177 384 EDC 124 15 813 704 84 744 Iopromida 1046 128 755 4197 498 340 Altres fagravermacs 557 68 862 177 21 863 Psiquiagravetrics 3658 447 937 108 13 954 Cantidad total 8185 100 832 8427 100 533

Tratamiento adecuado para degradar faacutermacos en efluents de hospital

Siguiente objetivo Tratamiento en continuo de efluentes

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Fungal inoculated (I)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Non-inoculated (NI)

Non-sterile continuous

treatments of real effluents

VHW treatment

(

) Glucose concentration

(

) COD

(

) Laccase activity

(darr) Fungal biomass partial renovation

(mdash) Glucose addition rate

2 HRT studied

Decrease in laccase activity even with partial biomass renovation

Fungal inoculated (I)

Casas et al 2013 Env Technol 34 113

Glucose 026 g g DCW d

Ammonium 12 mg g DCW d

No glucose accumulation

Need for nutrients

Previous studies in synthetic

media and sterile conditions

CRT

Blaacutenquez et al 2006 Water Res 40 1650

CRT 21 days

13 biomass renovation every 7 days

CRT of 15 days

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Que es lo que sucede

Se muere el hongo aunque estamos renovando la

biomasa no hay suficiente hongo

No hay degradacioacuten

52

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

VHW treatment (2)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

NH4+ addition

PhACs removal

Fungal inoculated (I)

Non-inoculated (NI)

(

) Wastewater (Influent)

(

) Reactor effluent

The analyses have

been performed by

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Microbial community assessment (DGGE)

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Time

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Trametes versicolor

Candida spp

Fusarium solani

Unknown

T versicolor survived until the end of the treatment

laccase activity is not a good indicator

ESCENARIOS DE GESTIOacuteN DE EFLUENTES DE HOSPITAL

EDAR

No eliminacioacuten

de faacutermacos

Dilucioacuten en

el efluente

urbano

Aguas

urbanas

Fong

No eliminacioacuten

de DQO

Hongo Aguas

urbanas

EDAR

HOSPITAL

Srsquoha comprovat la capacitat de T versicolor per degradar fagravermacs

Badiacutea-Fabregat et al 2014 Rodriacuteguez-Rodriacuteguez et al 2014 Cruz-Moratoacute et al 2013

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Inconvenients al tractament drsquo

aiguumles drsquohospitals reals

- Necessitat drsquoaddicionar nutrients - Competegravencia amb bacteris

Possibles solucions Estrategravegies

- Pretractament de lrsquoefluent - Altres configuracions de reactors - Canvi en la font de carboni

Posada a punt del sistema TRH Relacioacute QRQL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

1 2 3

4

5

6

7

1 Tanc drsquoalimentacioacute 2 Tanc de mescla 3 Tanc drsquoeluents de

sortida 4 Bomba de recirculacioacute 5 Bioreactor 6 Entrada drsquoaire 7 Controlador de pH

TRH 3d

QL

QR

QL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

Desenvolupament processos

Efluent hospital

real (HWW)

Aiguumles residuals urbanes

(UWW)

Trametes versicolor

T versicolor crescut sobre fusta

Filtre percolador amb T versicolor crescut sobre fusta

Microalgues Degradacioacute a

escala Erlenmeyer Fotobioreactor FBR

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 25: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

Objetivo desarrollo de proceso

Reactor fludizado por pulsos de aire

Fong en forma de pegravelmiddotlets Biomassa fluiumlditzada per polsos drsquoaire Tordf ograveptima fong 25ordmC pH ograveptim fong 45 Nutrients (CN) y micronutrients Avaluacioacute activitat fuacutengica enzim lacasa Condicions esterils

Temps (d)

0 5 10 15 20

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Laca

sa (

UA

l)

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

Reducc

ioacute d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Glucosa

Lacasa

Reduccioacute de color

TRH (h)

0 20 40 60 80 100 120

mg G

LG e

limin

ats

lmiddoth

0

5

10

15

20

25

30

Experimental

Normativa

Efecte del TRH

TRH 48 h

Temps (d)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Laca

sa (

UA

l)

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

Reducc

ioacute d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Glucosa

Lacasa

Reduccioacute de color

0

20

40

60

80

100

0 7 14 21 28 35 42 49 56 63P

erc

en

tatg

e d

e b

iom

as

sa

()

Temps (d)

gt42 dies

35 dies

28 dies

21 dies

14 dies

7 dies

0 dies

Estrategravegia purga i renovacioacute 13 de la

biomassa cada 7 dies

TRC 21 dies

decoloracions gt 90

distribucioacute drsquoedats constant

82 biomassa amb lt28 dies

Pegraverdua morfologiacutea dels pegravelmiddotlets lisis celmiddotlular

Tiempo (d)0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Laca

sa (

UA

l)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

Reducc

ioacuten d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

10068 525 59 72 4848

- Renovar la biomassa - Ni macro ni micronutrients - Glucosa qualitat industrial - Colorant no estegraveril

Formulacioacute del medi de cultiu

Seleccioacute del bioreactor

Escalat

Escalat de la produccioacute de biomassa

Produccioacute de pegravelmiddotlets clagravessica

Coll drsquoampolla

Cost medi (extracte de malta)

Limitacioacute en la produccioacute a escala Erlenmeyer

Objectius

Morfologia en forma de pelmiddotlets

Mida plusmn 3mm

Pasos experimentals

40 x

Biomassa gt 3 g DCWmiddotl-1

Morfologia adequada

280

598 0

50

100

150

200

250

300

Malt extract Defined medium

Co

st (

euromiddotK

g-1) Reduccioacute de cost 98

Escalat de la produccioacute de biomassa

La enzima lacasa es uno de los principales

catalizadores de la biodegradacioacuten pero no el uacutenico

responsable

El hongo degrada casi todos los colorantes

(algunos si estan en concentraciones subtoacutexicas)

La monitorizacioacuten de la produccioacuten enzimaacutetica y

consumo de glucosa son buenos indicadores de la

actividad metaboacutelica del hongo hay que

suministrar nutrientes para mantener la actividad

enzimaacutetica

El hongo puede degradar metabolitos resultantes

de la degradacioacuten que el enzima lacasa no puede

degradar

Algunas conclusiones

Porque utilizar microorganismos y no enzimas

si es mucho mas facil dosificar enzimas

los efluentes a tratar (liacutequidos o soacutelidos) contienen

una mezcla muy compleja de contaminantes no

podemos optimizar ni el enzima ni las condiciones

es difiacutecil que un enzima pueda degradar todos los

contaminantes presentes

en muchos casos los enzimas solo realizan un paso

de la transformacioacuten y se pueden formar TPs toacutexicos

o no biodegradables

el microorganismo es un sistema multienzimaacutetico

2010 20151985 1990 1995 2000 2005

Cronograma de los trabajos publicados en relacioacuten a biodegradacioacuten de contaminantes por hongos en medio liacutequido

Contaminantes emergentes

Pesticidas (DDT amp DDE)

PCBs HAPs Disolventes clorados

AR de produccioacuten Aceite de oliva

AR de la induacutestria del papel

Retardantes de llama (Bromados)

Faacutermacos

Filtros solares UV

Deteccioacuten faacutermacos en medio ambient

Colorantes sinteacuteticos Explosivos

TNT y nitroglicerina

AR de la industria textil

ASPECTOS GENERALES

A que se llama contaminantes emergentes

Productos considerados contaminantes actualmente pero no en el pasado presentes de forma constante en el medio ambiente a bajas concentraciones provocando problemas en el ecosistema y pendientes de ser regulados en un futuro proacuteximo

Entre ellos se incluyen los faacutermacos drogas de abuso productos asociados a la higiene y cuidado corporal retardantes de llama plaguicidashellip Caracteriacutesticas

alto consumo acumulacioacuten en el medio y organismos potencial disruptor endocrino toxicidadhellip

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

EDAR

Mezcla de ldquocontaminantes emergentesrdquo

metabolitos

substancias conjugadas

EXCRECIOacuteNVERTIDO

Retenidos en los lodos

inalterados

transformados

Mineralizados

Transformados

Inalterados

Presencia en aguas subterraneas superficiales y

sedimentos

Presencia en suelos

efluente

influente

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

bull 2005 la mayoriacutea de estudios realizados se centran en ndash Puesta a punto de meacutetodos analiacuteticos

ndash Deteccioacuten en aguas superficiales y subterraacuteneas

ndash Deteccioacuten en sistemas de tratamiento convencionales (EDARs)

ndash Deteccioacuten en efluentes de hospitales

bull Algunos estudios de degradacioacuten por bacterias en efluentes

bull Escasos (ninguno) estudios de degradacioacuten en lodos

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

HONGOS

Cual es el principal problema que presenta estudiar su degradacioacuten

Las bajas concentraciones en que se encuentran y el

hecho de estar en matrices muy complejas dificulta

su deteccioacuten y cuantificacioacuten

Aplicacioacuten en matrices liquidas y soacutelidas

Matrices liacutequidas

Aguas residuales de hospital

Aguas residuales de la Vila Universitaria

Concentrado de un proceso de membranas

Aguas de un hospital veterinario

Matrices solidas

Lodos de depuradoras urbanas

Lodos de reactor MBR

37 Verlicchi et al J hydrology 2010 also WST 2010

erythromycin (antibiotic)

Iopromide (ICM)

ifosfamide (cytostatic)

Ibuprofen (analgesic)

Glucose

Therapeutic classes contrast media (ICM) heavy metals in a hospital effluentndash Comparison with an urban effluent

Hospital effluent Mean value

Urban effluent Mean value

Degradacioacuten de faacutermacos modelo e identificacioacuten de productos de transformacioacuten en condiciones esteacuteriles

Nos permite demostrar que el hongo es

el responsable de la degradacioacuten

Tratamiento de efluentes reales en condiciones no esteacuteriles Cuantificacioacuten de la eliminacioacuten de faacutermacos y ecotoxicidad

Tratamiento de efluentes por hongos Degradacioacuten de faacutermacos

38

EXPERIMENTOS IN VIVO PARA CUANTIFICAR DEGRADACIOacuteN

EXPERIMENTOS PARA DETERMINAR EL PAPEL DE LOS ENZIMAS

- In vitro Lacasa comercial

- In vivo Inhibidores del citocrom P450 (1-aminobenzotriazole)

ESTUDIO DE LA TOXICIDAD (Microtox regTest )

- Bacteria bioluminescente V ficheri

- EC50 a los 15 min Concentracioacuten que disminuye la luz emitida por la bacteria al 50

- Cuanto mas alta sea la EC50 menor es la toxicidad

ANAgraveLISIS DE FAgraveRMACOS EXTRACCIOacuteN EN FASE SOacuteLIDA i HPLC

IDENTIFICACIOacuteN DE SUBPRODUCTOS Servei RMN-UAB

(Medio + contaminante) (Medio + contaminante+ hongo inactivado)

Adsorcioacuten Degradacioacuten miacutenima

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS INDIVIDUALES

EC50

50

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Control abioacutetico Control inactivado Experimental (Medio + contaminante+hongo activo)

Idaea-CSIC ICRA

Ketoprofeno

Eliminacioacute del 100

Metabolits hidroxilats

Perfil de concentracioacute de subproductes del ketoprofen

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS MODELO

IOPROMIDE degradation in Erlenmeyer flasks by

T versicolor pellets Time course degradation of Iopromide

added at approximately 12 mg L-1 Symbols non-inoculated controls ()

experimental cultures () heat-killed

controls () glucose () and laccase

activity (loz)

62 degradation is

observed after 7days of

exposure and remains

constant until the end of

the experiment

Toxicity by Microtox bioassay

Time EC50 ()

Non-biotic control 2

15min 2

8h 1

1d 43

4d 66

7d 87

12d 110

High toxicity at initial time

(EC50 2) Toxicity decreases

over time

Gros et al 2014 Water Research

Degradacioacuten de farmacos en aguas residuales

en bioreactor

CONDITIONS

Sterile effluent

No sterile

Batch

Continuous

Nutrients addition

Non-nutrients addition

Fluidized bed bioreactors 15

and 10 L

Air pulses

T versicolor in form of pellets

pH (45) and temperature (25ordmC)

control

MONITORING

Pharmaceuticals degradation

Acute toxicity (Microtox)

Laccase glucose etc

101

1-ep

oxyC

BZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Cipro

floxa

cin

50

100

150

200

250

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

Cef

alex

in

Ibup

rofe

n

Aceta

minop

hen

Azitro

micin

1

2

3

4

Ketop

rofe

n

Propr

anolol

Cita

lopr

am

Car

bamaz

epine

Acridon

e

Con

cen

tracioacute

(micro

g L

-1)

000

003

006

009

012

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS (Vila Universitaria de la UAB)

Tratamiento no esteril en batch

Eliminacioacuten completa del 70 de los faacutermacos detectados

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Comparacioacuten de la eliminacioacuten de los faacutermacos por el

hongo versus lodos activados (bibliografia)

Grup Fagravermac Concentracioacute

(microg L-1)

Eliminacioacute estegraveril

()

Eliminacioacute no estegraveril

()

Eliminacioacute per llots activats

() Analgegravesics Acetaminofen 387 100 100 82-99

Ibuprofen 1261 100 100 82-99 Ketoprofen lt048 35 100 lt50 Codeina 002 100 - lt82 Antibiogravetics Azitromicin 431 - 100 lt40

Ciprofloxacin 8471 - 35 50-96 (adsorcioacute) Cefalexin 059 - -51 96 β-blockers Propanolol 006 - 100 59-70 Psiquiatrics Carbamazepina 07 -37 Augmenta lt20 Augmenta

1011- epoxy CBZ 755 100 79 - 2-Hydroxy CBZ 1638 46 100 -

Acridone 101 100 Augmenta - Citalopram 01 100 100 -

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Porcentajes de eliminacioacuten superiores en el tratamiento por hongos

Problema cuantificacioacuten inicial de carbamazepina conjugacioacuten

Ace

tam

inop

hen

Ibup

rofen

Ket

opro

fen

Nap

roxe

n

Salicylic a

cid

Cod

eine

Phe

nazo

ne

Dex

amet

haso

ne

Diclofena

c

Piro

xica

m

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

500

1000

1500

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

50

Tratamiento no esteacuteril Analgeacutesicos

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

46

Cipro

floxa

cin

Oflo

xacin

Clarit

hrom

ycin

Sulfam

etho

xazo

le

Azith

rom

ycin

Met

ronida

zole

Met

ronida

zole-O

H

Trim

etho

prim

Dim

etrid

azole

Ron

idaz

ole

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

35

40

100

150

200

250

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Antibioacuteticos

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

101

1-ep

oxy

CBZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Car

bam

azep

ine

Acr

idon

e

Lora

zepa

m

Cita

lopr

am

Ven

lafaxine

Pra

vast

atin

Olanz

apine

Ser

tralin

e

Fluox

etine

Par

oxet

ine

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

000

025

050

075

100

400800

120016002000

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Faacutermacos de uso psiquiaacutetrico

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Ben

zotri

azole

OP2E

O

Eth

ylpa

rabe

n

Pro

pylpar

aben

BPA

OP

Con

cen

tration

(micro

g L

-1)

0

2

4

6

8

10

20

30

40

50

60

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Compuestos disruptores endocrinos

70 eliminacioacute

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Famiacutelia faacutermacos Tratamiento esteacuteril Tratamiento no esteacuteril

Carga inicial (microg)

Eliminacioacuten ()

Carga inicial (microg)

Eliminacioacute ()

Analgegravesics 1475 180 993 1511 179 988 Antibiogravetics 569 69 861 239 28 908 Cafeiumlna 757 92 79 1490 177 384 EDC 124 15 813 704 84 744 Iopromida 1046 128 755 4197 498 340 Altres fagravermacs 557 68 862 177 21 863 Psiquiagravetrics 3658 447 937 108 13 954 Cantidad total 8185 100 832 8427 100 533

Tratamiento adecuado para degradar faacutermacos en efluents de hospital

Siguiente objetivo Tratamiento en continuo de efluentes

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Fungal inoculated (I)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Non-inoculated (NI)

Non-sterile continuous

treatments of real effluents

VHW treatment

(

) Glucose concentration

(

) COD

(

) Laccase activity

(darr) Fungal biomass partial renovation

(mdash) Glucose addition rate

2 HRT studied

Decrease in laccase activity even with partial biomass renovation

Fungal inoculated (I)

Casas et al 2013 Env Technol 34 113

Glucose 026 g g DCW d

Ammonium 12 mg g DCW d

No glucose accumulation

Need for nutrients

Previous studies in synthetic

media and sterile conditions

CRT

Blaacutenquez et al 2006 Water Res 40 1650

CRT 21 days

13 biomass renovation every 7 days

CRT of 15 days

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Que es lo que sucede

Se muere el hongo aunque estamos renovando la

biomasa no hay suficiente hongo

No hay degradacioacuten

52

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

VHW treatment (2)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

NH4+ addition

PhACs removal

Fungal inoculated (I)

Non-inoculated (NI)

(

) Wastewater (Influent)

(

) Reactor effluent

The analyses have

been performed by

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Microbial community assessment (DGGE)

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Time

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Trametes versicolor

Candida spp

Fusarium solani

Unknown

T versicolor survived until the end of the treatment

laccase activity is not a good indicator

ESCENARIOS DE GESTIOacuteN DE EFLUENTES DE HOSPITAL

EDAR

No eliminacioacuten

de faacutermacos

Dilucioacuten en

el efluente

urbano

Aguas

urbanas

Fong

No eliminacioacuten

de DQO

Hongo Aguas

urbanas

EDAR

HOSPITAL

Srsquoha comprovat la capacitat de T versicolor per degradar fagravermacs

Badiacutea-Fabregat et al 2014 Rodriacuteguez-Rodriacuteguez et al 2014 Cruz-Moratoacute et al 2013

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Inconvenients al tractament drsquo

aiguumles drsquohospitals reals

- Necessitat drsquoaddicionar nutrients - Competegravencia amb bacteris

Possibles solucions Estrategravegies

- Pretractament de lrsquoefluent - Altres configuracions de reactors - Canvi en la font de carboni

Posada a punt del sistema TRH Relacioacute QRQL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

1 2 3

4

5

6

7

1 Tanc drsquoalimentacioacute 2 Tanc de mescla 3 Tanc drsquoeluents de

sortida 4 Bomba de recirculacioacute 5 Bioreactor 6 Entrada drsquoaire 7 Controlador de pH

TRH 3d

QL

QR

QL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

Desenvolupament processos

Efluent hospital

real (HWW)

Aiguumles residuals urbanes

(UWW)

Trametes versicolor

T versicolor crescut sobre fusta

Filtre percolador amb T versicolor crescut sobre fusta

Microalgues Degradacioacute a

escala Erlenmeyer Fotobioreactor FBR

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 26: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

Temps (d)

0 5 10 15 20

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Laca

sa (

UA

l)

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

Reducc

ioacute d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Glucosa

Lacasa

Reduccioacute de color

TRH (h)

0 20 40 60 80 100 120

mg G

LG e

limin

ats

lmiddoth

0

5

10

15

20

25

30

Experimental

Normativa

Efecte del TRH

TRH 48 h

Temps (d)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Laca

sa (

UA

l)

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

Reducc

ioacute d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Glucosa

Lacasa

Reduccioacute de color

0

20

40

60

80

100

0 7 14 21 28 35 42 49 56 63P

erc

en

tatg

e d

e b

iom

as

sa

()

Temps (d)

gt42 dies

35 dies

28 dies

21 dies

14 dies

7 dies

0 dies

Estrategravegia purga i renovacioacute 13 de la

biomassa cada 7 dies

TRC 21 dies

decoloracions gt 90

distribucioacute drsquoedats constant

82 biomassa amb lt28 dies

Pegraverdua morfologiacutea dels pegravelmiddotlets lisis celmiddotlular

Tiempo (d)0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Laca

sa (

UA

l)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

Reducc

ioacuten d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

10068 525 59 72 4848

- Renovar la biomassa - Ni macro ni micronutrients - Glucosa qualitat industrial - Colorant no estegraveril

Formulacioacute del medi de cultiu

Seleccioacute del bioreactor

Escalat

Escalat de la produccioacute de biomassa

Produccioacute de pegravelmiddotlets clagravessica

Coll drsquoampolla

Cost medi (extracte de malta)

Limitacioacute en la produccioacute a escala Erlenmeyer

Objectius

Morfologia en forma de pelmiddotlets

Mida plusmn 3mm

Pasos experimentals

40 x

Biomassa gt 3 g DCWmiddotl-1

Morfologia adequada

280

598 0

50

100

150

200

250

300

Malt extract Defined medium

Co

st (

euromiddotK

g-1) Reduccioacute de cost 98

Escalat de la produccioacute de biomassa

La enzima lacasa es uno de los principales

catalizadores de la biodegradacioacuten pero no el uacutenico

responsable

El hongo degrada casi todos los colorantes

(algunos si estan en concentraciones subtoacutexicas)

La monitorizacioacuten de la produccioacuten enzimaacutetica y

consumo de glucosa son buenos indicadores de la

actividad metaboacutelica del hongo hay que

suministrar nutrientes para mantener la actividad

enzimaacutetica

El hongo puede degradar metabolitos resultantes

de la degradacioacuten que el enzima lacasa no puede

degradar

Algunas conclusiones

Porque utilizar microorganismos y no enzimas

si es mucho mas facil dosificar enzimas

los efluentes a tratar (liacutequidos o soacutelidos) contienen

una mezcla muy compleja de contaminantes no

podemos optimizar ni el enzima ni las condiciones

es difiacutecil que un enzima pueda degradar todos los

contaminantes presentes

en muchos casos los enzimas solo realizan un paso

de la transformacioacuten y se pueden formar TPs toacutexicos

o no biodegradables

el microorganismo es un sistema multienzimaacutetico

2010 20151985 1990 1995 2000 2005

Cronograma de los trabajos publicados en relacioacuten a biodegradacioacuten de contaminantes por hongos en medio liacutequido

Contaminantes emergentes

Pesticidas (DDT amp DDE)

PCBs HAPs Disolventes clorados

AR de produccioacuten Aceite de oliva

AR de la induacutestria del papel

Retardantes de llama (Bromados)

Faacutermacos

Filtros solares UV

Deteccioacuten faacutermacos en medio ambient

Colorantes sinteacuteticos Explosivos

TNT y nitroglicerina

AR de la industria textil

ASPECTOS GENERALES

A que se llama contaminantes emergentes

Productos considerados contaminantes actualmente pero no en el pasado presentes de forma constante en el medio ambiente a bajas concentraciones provocando problemas en el ecosistema y pendientes de ser regulados en un futuro proacuteximo

Entre ellos se incluyen los faacutermacos drogas de abuso productos asociados a la higiene y cuidado corporal retardantes de llama plaguicidashellip Caracteriacutesticas

alto consumo acumulacioacuten en el medio y organismos potencial disruptor endocrino toxicidadhellip

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

EDAR

Mezcla de ldquocontaminantes emergentesrdquo

metabolitos

substancias conjugadas

EXCRECIOacuteNVERTIDO

Retenidos en los lodos

inalterados

transformados

Mineralizados

Transformados

Inalterados

Presencia en aguas subterraneas superficiales y

sedimentos

Presencia en suelos

efluente

influente

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

bull 2005 la mayoriacutea de estudios realizados se centran en ndash Puesta a punto de meacutetodos analiacuteticos

ndash Deteccioacuten en aguas superficiales y subterraacuteneas

ndash Deteccioacuten en sistemas de tratamiento convencionales (EDARs)

ndash Deteccioacuten en efluentes de hospitales

bull Algunos estudios de degradacioacuten por bacterias en efluentes

bull Escasos (ninguno) estudios de degradacioacuten en lodos

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

HONGOS

Cual es el principal problema que presenta estudiar su degradacioacuten

Las bajas concentraciones en que se encuentran y el

hecho de estar en matrices muy complejas dificulta

su deteccioacuten y cuantificacioacuten

Aplicacioacuten en matrices liquidas y soacutelidas

Matrices liacutequidas

Aguas residuales de hospital

Aguas residuales de la Vila Universitaria

Concentrado de un proceso de membranas

Aguas de un hospital veterinario

Matrices solidas

Lodos de depuradoras urbanas

Lodos de reactor MBR

37 Verlicchi et al J hydrology 2010 also WST 2010

erythromycin (antibiotic)

Iopromide (ICM)

ifosfamide (cytostatic)

Ibuprofen (analgesic)

Glucose

Therapeutic classes contrast media (ICM) heavy metals in a hospital effluentndash Comparison with an urban effluent

Hospital effluent Mean value

Urban effluent Mean value

Degradacioacuten de faacutermacos modelo e identificacioacuten de productos de transformacioacuten en condiciones esteacuteriles

Nos permite demostrar que el hongo es

el responsable de la degradacioacuten

Tratamiento de efluentes reales en condiciones no esteacuteriles Cuantificacioacuten de la eliminacioacuten de faacutermacos y ecotoxicidad

Tratamiento de efluentes por hongos Degradacioacuten de faacutermacos

38

EXPERIMENTOS IN VIVO PARA CUANTIFICAR DEGRADACIOacuteN

EXPERIMENTOS PARA DETERMINAR EL PAPEL DE LOS ENZIMAS

- In vitro Lacasa comercial

- In vivo Inhibidores del citocrom P450 (1-aminobenzotriazole)

ESTUDIO DE LA TOXICIDAD (Microtox regTest )

- Bacteria bioluminescente V ficheri

- EC50 a los 15 min Concentracioacuten que disminuye la luz emitida por la bacteria al 50

- Cuanto mas alta sea la EC50 menor es la toxicidad

ANAgraveLISIS DE FAgraveRMACOS EXTRACCIOacuteN EN FASE SOacuteLIDA i HPLC

IDENTIFICACIOacuteN DE SUBPRODUCTOS Servei RMN-UAB

(Medio + contaminante) (Medio + contaminante+ hongo inactivado)

Adsorcioacuten Degradacioacuten miacutenima

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS INDIVIDUALES

EC50

50

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Control abioacutetico Control inactivado Experimental (Medio + contaminante+hongo activo)

Idaea-CSIC ICRA

Ketoprofeno

Eliminacioacute del 100

Metabolits hidroxilats

Perfil de concentracioacute de subproductes del ketoprofen

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS MODELO

IOPROMIDE degradation in Erlenmeyer flasks by

T versicolor pellets Time course degradation of Iopromide

added at approximately 12 mg L-1 Symbols non-inoculated controls ()

experimental cultures () heat-killed

controls () glucose () and laccase

activity (loz)

62 degradation is

observed after 7days of

exposure and remains

constant until the end of

the experiment

Toxicity by Microtox bioassay

Time EC50 ()

Non-biotic control 2

15min 2

8h 1

1d 43

4d 66

7d 87

12d 110

High toxicity at initial time

(EC50 2) Toxicity decreases

over time

Gros et al 2014 Water Research

Degradacioacuten de farmacos en aguas residuales

en bioreactor

CONDITIONS

Sterile effluent

No sterile

Batch

Continuous

Nutrients addition

Non-nutrients addition

Fluidized bed bioreactors 15

and 10 L

Air pulses

T versicolor in form of pellets

pH (45) and temperature (25ordmC)

control

MONITORING

Pharmaceuticals degradation

Acute toxicity (Microtox)

Laccase glucose etc

101

1-ep

oxyC

BZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Cipro

floxa

cin

50

100

150

200

250

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

Cef

alex

in

Ibup

rofe

n

Aceta

minop

hen

Azitro

micin

1

2

3

4

Ketop

rofe

n

Propr

anolol

Cita

lopr

am

Car

bamaz

epine

Acridon

e

Con

cen

tracioacute

(micro

g L

-1)

000

003

006

009

012

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS (Vila Universitaria de la UAB)

Tratamiento no esteril en batch

Eliminacioacuten completa del 70 de los faacutermacos detectados

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Comparacioacuten de la eliminacioacuten de los faacutermacos por el

hongo versus lodos activados (bibliografia)

Grup Fagravermac Concentracioacute

(microg L-1)

Eliminacioacute estegraveril

()

Eliminacioacute no estegraveril

()

Eliminacioacute per llots activats

() Analgegravesics Acetaminofen 387 100 100 82-99

Ibuprofen 1261 100 100 82-99 Ketoprofen lt048 35 100 lt50 Codeina 002 100 - lt82 Antibiogravetics Azitromicin 431 - 100 lt40

Ciprofloxacin 8471 - 35 50-96 (adsorcioacute) Cefalexin 059 - -51 96 β-blockers Propanolol 006 - 100 59-70 Psiquiatrics Carbamazepina 07 -37 Augmenta lt20 Augmenta

1011- epoxy CBZ 755 100 79 - 2-Hydroxy CBZ 1638 46 100 -

Acridone 101 100 Augmenta - Citalopram 01 100 100 -

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Porcentajes de eliminacioacuten superiores en el tratamiento por hongos

Problema cuantificacioacuten inicial de carbamazepina conjugacioacuten

Ace

tam

inop

hen

Ibup

rofen

Ket

opro

fen

Nap

roxe

n

Salicylic a

cid

Cod

eine

Phe

nazo

ne

Dex

amet

haso

ne

Diclofena

c

Piro

xica

m

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

500

1000

1500

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

50

Tratamiento no esteacuteril Analgeacutesicos

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

46

Cipro

floxa

cin

Oflo

xacin

Clarit

hrom

ycin

Sulfam

etho

xazo

le

Azith

rom

ycin

Met

ronida

zole

Met

ronida

zole-O

H

Trim

etho

prim

Dim

etrid

azole

Ron

idaz

ole

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

35

40

100

150

200

250

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Antibioacuteticos

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

101

1-ep

oxy

CBZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Car

bam

azep

ine

Acr

idon

e

Lora

zepa

m

Cita

lopr

am

Ven

lafaxine

Pra

vast

atin

Olanz

apine

Ser

tralin

e

Fluox

etine

Par

oxet

ine

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

000

025

050

075

100

400800

120016002000

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Faacutermacos de uso psiquiaacutetrico

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Ben

zotri

azole

OP2E

O

Eth

ylpa

rabe

n

Pro

pylpar

aben

BPA

OP

Con

cen

tration

(micro

g L

-1)

0

2

4

6

8

10

20

30

40

50

60

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Compuestos disruptores endocrinos

70 eliminacioacute

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Famiacutelia faacutermacos Tratamiento esteacuteril Tratamiento no esteacuteril

Carga inicial (microg)

Eliminacioacuten ()

Carga inicial (microg)

Eliminacioacute ()

Analgegravesics 1475 180 993 1511 179 988 Antibiogravetics 569 69 861 239 28 908 Cafeiumlna 757 92 79 1490 177 384 EDC 124 15 813 704 84 744 Iopromida 1046 128 755 4197 498 340 Altres fagravermacs 557 68 862 177 21 863 Psiquiagravetrics 3658 447 937 108 13 954 Cantidad total 8185 100 832 8427 100 533

Tratamiento adecuado para degradar faacutermacos en efluents de hospital

Siguiente objetivo Tratamiento en continuo de efluentes

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Fungal inoculated (I)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Non-inoculated (NI)

Non-sterile continuous

treatments of real effluents

VHW treatment

(

) Glucose concentration

(

) COD

(

) Laccase activity

(darr) Fungal biomass partial renovation

(mdash) Glucose addition rate

2 HRT studied

Decrease in laccase activity even with partial biomass renovation

Fungal inoculated (I)

Casas et al 2013 Env Technol 34 113

Glucose 026 g g DCW d

Ammonium 12 mg g DCW d

No glucose accumulation

Need for nutrients

Previous studies in synthetic

media and sterile conditions

CRT

Blaacutenquez et al 2006 Water Res 40 1650

CRT 21 days

13 biomass renovation every 7 days

CRT of 15 days

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Que es lo que sucede

Se muere el hongo aunque estamos renovando la

biomasa no hay suficiente hongo

No hay degradacioacuten

52

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

VHW treatment (2)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

NH4+ addition

PhACs removal

Fungal inoculated (I)

Non-inoculated (NI)

(

) Wastewater (Influent)

(

) Reactor effluent

The analyses have

been performed by

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Microbial community assessment (DGGE)

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Time

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Trametes versicolor

Candida spp

Fusarium solani

Unknown

T versicolor survived until the end of the treatment

laccase activity is not a good indicator

ESCENARIOS DE GESTIOacuteN DE EFLUENTES DE HOSPITAL

EDAR

No eliminacioacuten

de faacutermacos

Dilucioacuten en

el efluente

urbano

Aguas

urbanas

Fong

No eliminacioacuten

de DQO

Hongo Aguas

urbanas

EDAR

HOSPITAL

Srsquoha comprovat la capacitat de T versicolor per degradar fagravermacs

Badiacutea-Fabregat et al 2014 Rodriacuteguez-Rodriacuteguez et al 2014 Cruz-Moratoacute et al 2013

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Inconvenients al tractament drsquo

aiguumles drsquohospitals reals

- Necessitat drsquoaddicionar nutrients - Competegravencia amb bacteris

Possibles solucions Estrategravegies

- Pretractament de lrsquoefluent - Altres configuracions de reactors - Canvi en la font de carboni

Posada a punt del sistema TRH Relacioacute QRQL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

1 2 3

4

5

6

7

1 Tanc drsquoalimentacioacute 2 Tanc de mescla 3 Tanc drsquoeluents de

sortida 4 Bomba de recirculacioacute 5 Bioreactor 6 Entrada drsquoaire 7 Controlador de pH

TRH 3d

QL

QR

QL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

Desenvolupament processos

Efluent hospital

real (HWW)

Aiguumles residuals urbanes

(UWW)

Trametes versicolor

T versicolor crescut sobre fusta

Filtre percolador amb T versicolor crescut sobre fusta

Microalgues Degradacioacute a

escala Erlenmeyer Fotobioreactor FBR

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 27: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

Tiempo (d)0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Glu

cosa

(gl)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Laca

sa (

UA

l)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

Reducc

ioacuten d

e c

olo

r (

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

10068 525 59 72 4848

- Renovar la biomassa - Ni macro ni micronutrients - Glucosa qualitat industrial - Colorant no estegraveril

Formulacioacute del medi de cultiu

Seleccioacute del bioreactor

Escalat

Escalat de la produccioacute de biomassa

Produccioacute de pegravelmiddotlets clagravessica

Coll drsquoampolla

Cost medi (extracte de malta)

Limitacioacute en la produccioacute a escala Erlenmeyer

Objectius

Morfologia en forma de pelmiddotlets

Mida plusmn 3mm

Pasos experimentals

40 x

Biomassa gt 3 g DCWmiddotl-1

Morfologia adequada

280

598 0

50

100

150

200

250

300

Malt extract Defined medium

Co

st (

euromiddotK

g-1) Reduccioacute de cost 98

Escalat de la produccioacute de biomassa

La enzima lacasa es uno de los principales

catalizadores de la biodegradacioacuten pero no el uacutenico

responsable

El hongo degrada casi todos los colorantes

(algunos si estan en concentraciones subtoacutexicas)

La monitorizacioacuten de la produccioacuten enzimaacutetica y

consumo de glucosa son buenos indicadores de la

actividad metaboacutelica del hongo hay que

suministrar nutrientes para mantener la actividad

enzimaacutetica

El hongo puede degradar metabolitos resultantes

de la degradacioacuten que el enzima lacasa no puede

degradar

Algunas conclusiones

Porque utilizar microorganismos y no enzimas

si es mucho mas facil dosificar enzimas

los efluentes a tratar (liacutequidos o soacutelidos) contienen

una mezcla muy compleja de contaminantes no

podemos optimizar ni el enzima ni las condiciones

es difiacutecil que un enzima pueda degradar todos los

contaminantes presentes

en muchos casos los enzimas solo realizan un paso

de la transformacioacuten y se pueden formar TPs toacutexicos

o no biodegradables

el microorganismo es un sistema multienzimaacutetico

2010 20151985 1990 1995 2000 2005

Cronograma de los trabajos publicados en relacioacuten a biodegradacioacuten de contaminantes por hongos en medio liacutequido

Contaminantes emergentes

Pesticidas (DDT amp DDE)

PCBs HAPs Disolventes clorados

AR de produccioacuten Aceite de oliva

AR de la induacutestria del papel

Retardantes de llama (Bromados)

Faacutermacos

Filtros solares UV

Deteccioacuten faacutermacos en medio ambient

Colorantes sinteacuteticos Explosivos

TNT y nitroglicerina

AR de la industria textil

ASPECTOS GENERALES

A que se llama contaminantes emergentes

Productos considerados contaminantes actualmente pero no en el pasado presentes de forma constante en el medio ambiente a bajas concentraciones provocando problemas en el ecosistema y pendientes de ser regulados en un futuro proacuteximo

Entre ellos se incluyen los faacutermacos drogas de abuso productos asociados a la higiene y cuidado corporal retardantes de llama plaguicidashellip Caracteriacutesticas

alto consumo acumulacioacuten en el medio y organismos potencial disruptor endocrino toxicidadhellip

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

EDAR

Mezcla de ldquocontaminantes emergentesrdquo

metabolitos

substancias conjugadas

EXCRECIOacuteNVERTIDO

Retenidos en los lodos

inalterados

transformados

Mineralizados

Transformados

Inalterados

Presencia en aguas subterraneas superficiales y

sedimentos

Presencia en suelos

efluente

influente

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

bull 2005 la mayoriacutea de estudios realizados se centran en ndash Puesta a punto de meacutetodos analiacuteticos

ndash Deteccioacuten en aguas superficiales y subterraacuteneas

ndash Deteccioacuten en sistemas de tratamiento convencionales (EDARs)

ndash Deteccioacuten en efluentes de hospitales

bull Algunos estudios de degradacioacuten por bacterias en efluentes

bull Escasos (ninguno) estudios de degradacioacuten en lodos

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

HONGOS

Cual es el principal problema que presenta estudiar su degradacioacuten

Las bajas concentraciones en que se encuentran y el

hecho de estar en matrices muy complejas dificulta

su deteccioacuten y cuantificacioacuten

Aplicacioacuten en matrices liquidas y soacutelidas

Matrices liacutequidas

Aguas residuales de hospital

Aguas residuales de la Vila Universitaria

Concentrado de un proceso de membranas

Aguas de un hospital veterinario

Matrices solidas

Lodos de depuradoras urbanas

Lodos de reactor MBR

37 Verlicchi et al J hydrology 2010 also WST 2010

erythromycin (antibiotic)

Iopromide (ICM)

ifosfamide (cytostatic)

Ibuprofen (analgesic)

Glucose

Therapeutic classes contrast media (ICM) heavy metals in a hospital effluentndash Comparison with an urban effluent

Hospital effluent Mean value

Urban effluent Mean value

Degradacioacuten de faacutermacos modelo e identificacioacuten de productos de transformacioacuten en condiciones esteacuteriles

Nos permite demostrar que el hongo es

el responsable de la degradacioacuten

Tratamiento de efluentes reales en condiciones no esteacuteriles Cuantificacioacuten de la eliminacioacuten de faacutermacos y ecotoxicidad

Tratamiento de efluentes por hongos Degradacioacuten de faacutermacos

38

EXPERIMENTOS IN VIVO PARA CUANTIFICAR DEGRADACIOacuteN

EXPERIMENTOS PARA DETERMINAR EL PAPEL DE LOS ENZIMAS

- In vitro Lacasa comercial

- In vivo Inhibidores del citocrom P450 (1-aminobenzotriazole)

ESTUDIO DE LA TOXICIDAD (Microtox regTest )

- Bacteria bioluminescente V ficheri

- EC50 a los 15 min Concentracioacuten que disminuye la luz emitida por la bacteria al 50

- Cuanto mas alta sea la EC50 menor es la toxicidad

ANAgraveLISIS DE FAgraveRMACOS EXTRACCIOacuteN EN FASE SOacuteLIDA i HPLC

IDENTIFICACIOacuteN DE SUBPRODUCTOS Servei RMN-UAB

(Medio + contaminante) (Medio + contaminante+ hongo inactivado)

Adsorcioacuten Degradacioacuten miacutenima

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS INDIVIDUALES

EC50

50

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Control abioacutetico Control inactivado Experimental (Medio + contaminante+hongo activo)

Idaea-CSIC ICRA

Ketoprofeno

Eliminacioacute del 100

Metabolits hidroxilats

Perfil de concentracioacute de subproductes del ketoprofen

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS MODELO

IOPROMIDE degradation in Erlenmeyer flasks by

T versicolor pellets Time course degradation of Iopromide

added at approximately 12 mg L-1 Symbols non-inoculated controls ()

experimental cultures () heat-killed

controls () glucose () and laccase

activity (loz)

62 degradation is

observed after 7days of

exposure and remains

constant until the end of

the experiment

Toxicity by Microtox bioassay

Time EC50 ()

Non-biotic control 2

15min 2

8h 1

1d 43

4d 66

7d 87

12d 110

High toxicity at initial time

(EC50 2) Toxicity decreases

over time

Gros et al 2014 Water Research

Degradacioacuten de farmacos en aguas residuales

en bioreactor

CONDITIONS

Sterile effluent

No sterile

Batch

Continuous

Nutrients addition

Non-nutrients addition

Fluidized bed bioreactors 15

and 10 L

Air pulses

T versicolor in form of pellets

pH (45) and temperature (25ordmC)

control

MONITORING

Pharmaceuticals degradation

Acute toxicity (Microtox)

Laccase glucose etc

101

1-ep

oxyC

BZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Cipro

floxa

cin

50

100

150

200

250

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

Cef

alex

in

Ibup

rofe

n

Aceta

minop

hen

Azitro

micin

1

2

3

4

Ketop

rofe

n

Propr

anolol

Cita

lopr

am

Car

bamaz

epine

Acridon

e

Con

cen

tracioacute

(micro

g L

-1)

000

003

006

009

012

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS (Vila Universitaria de la UAB)

Tratamiento no esteril en batch

Eliminacioacuten completa del 70 de los faacutermacos detectados

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Comparacioacuten de la eliminacioacuten de los faacutermacos por el

hongo versus lodos activados (bibliografia)

Grup Fagravermac Concentracioacute

(microg L-1)

Eliminacioacute estegraveril

()

Eliminacioacute no estegraveril

()

Eliminacioacute per llots activats

() Analgegravesics Acetaminofen 387 100 100 82-99

Ibuprofen 1261 100 100 82-99 Ketoprofen lt048 35 100 lt50 Codeina 002 100 - lt82 Antibiogravetics Azitromicin 431 - 100 lt40

Ciprofloxacin 8471 - 35 50-96 (adsorcioacute) Cefalexin 059 - -51 96 β-blockers Propanolol 006 - 100 59-70 Psiquiatrics Carbamazepina 07 -37 Augmenta lt20 Augmenta

1011- epoxy CBZ 755 100 79 - 2-Hydroxy CBZ 1638 46 100 -

Acridone 101 100 Augmenta - Citalopram 01 100 100 -

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Porcentajes de eliminacioacuten superiores en el tratamiento por hongos

Problema cuantificacioacuten inicial de carbamazepina conjugacioacuten

Ace

tam

inop

hen

Ibup

rofen

Ket

opro

fen

Nap

roxe

n

Salicylic a

cid

Cod

eine

Phe

nazo

ne

Dex

amet

haso

ne

Diclofena

c

Piro

xica

m

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

500

1000

1500

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

50

Tratamiento no esteacuteril Analgeacutesicos

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

46

Cipro

floxa

cin

Oflo

xacin

Clarit

hrom

ycin

Sulfam

etho

xazo

le

Azith

rom

ycin

Met

ronida

zole

Met

ronida

zole-O

H

Trim

etho

prim

Dim

etrid

azole

Ron

idaz

ole

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

35

40

100

150

200

250

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Antibioacuteticos

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

101

1-ep

oxy

CBZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Car

bam

azep

ine

Acr

idon

e

Lora

zepa

m

Cita

lopr

am

Ven

lafaxine

Pra

vast

atin

Olanz

apine

Ser

tralin

e

Fluox

etine

Par

oxet

ine

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

000

025

050

075

100

400800

120016002000

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Faacutermacos de uso psiquiaacutetrico

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Ben

zotri

azole

OP2E

O

Eth

ylpa

rabe

n

Pro

pylpar

aben

BPA

OP

Con

cen

tration

(micro

g L

-1)

0

2

4

6

8

10

20

30

40

50

60

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Compuestos disruptores endocrinos

70 eliminacioacute

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Famiacutelia faacutermacos Tratamiento esteacuteril Tratamiento no esteacuteril

Carga inicial (microg)

Eliminacioacuten ()

Carga inicial (microg)

Eliminacioacute ()

Analgegravesics 1475 180 993 1511 179 988 Antibiogravetics 569 69 861 239 28 908 Cafeiumlna 757 92 79 1490 177 384 EDC 124 15 813 704 84 744 Iopromida 1046 128 755 4197 498 340 Altres fagravermacs 557 68 862 177 21 863 Psiquiagravetrics 3658 447 937 108 13 954 Cantidad total 8185 100 832 8427 100 533

Tratamiento adecuado para degradar faacutermacos en efluents de hospital

Siguiente objetivo Tratamiento en continuo de efluentes

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Fungal inoculated (I)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Non-inoculated (NI)

Non-sterile continuous

treatments of real effluents

VHW treatment

(

) Glucose concentration

(

) COD

(

) Laccase activity

(darr) Fungal biomass partial renovation

(mdash) Glucose addition rate

2 HRT studied

Decrease in laccase activity even with partial biomass renovation

Fungal inoculated (I)

Casas et al 2013 Env Technol 34 113

Glucose 026 g g DCW d

Ammonium 12 mg g DCW d

No glucose accumulation

Need for nutrients

Previous studies in synthetic

media and sterile conditions

CRT

Blaacutenquez et al 2006 Water Res 40 1650

CRT 21 days

13 biomass renovation every 7 days

CRT of 15 days

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Que es lo que sucede

Se muere el hongo aunque estamos renovando la

biomasa no hay suficiente hongo

No hay degradacioacuten

52

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

VHW treatment (2)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

NH4+ addition

PhACs removal

Fungal inoculated (I)

Non-inoculated (NI)

(

) Wastewater (Influent)

(

) Reactor effluent

The analyses have

been performed by

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Microbial community assessment (DGGE)

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Time

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Trametes versicolor

Candida spp

Fusarium solani

Unknown

T versicolor survived until the end of the treatment

laccase activity is not a good indicator

ESCENARIOS DE GESTIOacuteN DE EFLUENTES DE HOSPITAL

EDAR

No eliminacioacuten

de faacutermacos

Dilucioacuten en

el efluente

urbano

Aguas

urbanas

Fong

No eliminacioacuten

de DQO

Hongo Aguas

urbanas

EDAR

HOSPITAL

Srsquoha comprovat la capacitat de T versicolor per degradar fagravermacs

Badiacutea-Fabregat et al 2014 Rodriacuteguez-Rodriacuteguez et al 2014 Cruz-Moratoacute et al 2013

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Inconvenients al tractament drsquo

aiguumles drsquohospitals reals

- Necessitat drsquoaddicionar nutrients - Competegravencia amb bacteris

Possibles solucions Estrategravegies

- Pretractament de lrsquoefluent - Altres configuracions de reactors - Canvi en la font de carboni

Posada a punt del sistema TRH Relacioacute QRQL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

1 2 3

4

5

6

7

1 Tanc drsquoalimentacioacute 2 Tanc de mescla 3 Tanc drsquoeluents de

sortida 4 Bomba de recirculacioacute 5 Bioreactor 6 Entrada drsquoaire 7 Controlador de pH

TRH 3d

QL

QR

QL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

Desenvolupament processos

Efluent hospital

real (HWW)

Aiguumles residuals urbanes

(UWW)

Trametes versicolor

T versicolor crescut sobre fusta

Filtre percolador amb T versicolor crescut sobre fusta

Microalgues Degradacioacute a

escala Erlenmeyer Fotobioreactor FBR

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 28: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

Formulacioacute del medi de cultiu

Seleccioacute del bioreactor

Escalat

Escalat de la produccioacute de biomassa

Produccioacute de pegravelmiddotlets clagravessica

Coll drsquoampolla

Cost medi (extracte de malta)

Limitacioacute en la produccioacute a escala Erlenmeyer

Objectius

Morfologia en forma de pelmiddotlets

Mida plusmn 3mm

Pasos experimentals

40 x

Biomassa gt 3 g DCWmiddotl-1

Morfologia adequada

280

598 0

50

100

150

200

250

300

Malt extract Defined medium

Co

st (

euromiddotK

g-1) Reduccioacute de cost 98

Escalat de la produccioacute de biomassa

La enzima lacasa es uno de los principales

catalizadores de la biodegradacioacuten pero no el uacutenico

responsable

El hongo degrada casi todos los colorantes

(algunos si estan en concentraciones subtoacutexicas)

La monitorizacioacuten de la produccioacuten enzimaacutetica y

consumo de glucosa son buenos indicadores de la

actividad metaboacutelica del hongo hay que

suministrar nutrientes para mantener la actividad

enzimaacutetica

El hongo puede degradar metabolitos resultantes

de la degradacioacuten que el enzima lacasa no puede

degradar

Algunas conclusiones

Porque utilizar microorganismos y no enzimas

si es mucho mas facil dosificar enzimas

los efluentes a tratar (liacutequidos o soacutelidos) contienen

una mezcla muy compleja de contaminantes no

podemos optimizar ni el enzima ni las condiciones

es difiacutecil que un enzima pueda degradar todos los

contaminantes presentes

en muchos casos los enzimas solo realizan un paso

de la transformacioacuten y se pueden formar TPs toacutexicos

o no biodegradables

el microorganismo es un sistema multienzimaacutetico

2010 20151985 1990 1995 2000 2005

Cronograma de los trabajos publicados en relacioacuten a biodegradacioacuten de contaminantes por hongos en medio liacutequido

Contaminantes emergentes

Pesticidas (DDT amp DDE)

PCBs HAPs Disolventes clorados

AR de produccioacuten Aceite de oliva

AR de la induacutestria del papel

Retardantes de llama (Bromados)

Faacutermacos

Filtros solares UV

Deteccioacuten faacutermacos en medio ambient

Colorantes sinteacuteticos Explosivos

TNT y nitroglicerina

AR de la industria textil

ASPECTOS GENERALES

A que se llama contaminantes emergentes

Productos considerados contaminantes actualmente pero no en el pasado presentes de forma constante en el medio ambiente a bajas concentraciones provocando problemas en el ecosistema y pendientes de ser regulados en un futuro proacuteximo

Entre ellos se incluyen los faacutermacos drogas de abuso productos asociados a la higiene y cuidado corporal retardantes de llama plaguicidashellip Caracteriacutesticas

alto consumo acumulacioacuten en el medio y organismos potencial disruptor endocrino toxicidadhellip

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

EDAR

Mezcla de ldquocontaminantes emergentesrdquo

metabolitos

substancias conjugadas

EXCRECIOacuteNVERTIDO

Retenidos en los lodos

inalterados

transformados

Mineralizados

Transformados

Inalterados

Presencia en aguas subterraneas superficiales y

sedimentos

Presencia en suelos

efluente

influente

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

bull 2005 la mayoriacutea de estudios realizados se centran en ndash Puesta a punto de meacutetodos analiacuteticos

ndash Deteccioacuten en aguas superficiales y subterraacuteneas

ndash Deteccioacuten en sistemas de tratamiento convencionales (EDARs)

ndash Deteccioacuten en efluentes de hospitales

bull Algunos estudios de degradacioacuten por bacterias en efluentes

bull Escasos (ninguno) estudios de degradacioacuten en lodos

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

HONGOS

Cual es el principal problema que presenta estudiar su degradacioacuten

Las bajas concentraciones en que se encuentran y el

hecho de estar en matrices muy complejas dificulta

su deteccioacuten y cuantificacioacuten

Aplicacioacuten en matrices liquidas y soacutelidas

Matrices liacutequidas

Aguas residuales de hospital

Aguas residuales de la Vila Universitaria

Concentrado de un proceso de membranas

Aguas de un hospital veterinario

Matrices solidas

Lodos de depuradoras urbanas

Lodos de reactor MBR

37 Verlicchi et al J hydrology 2010 also WST 2010

erythromycin (antibiotic)

Iopromide (ICM)

ifosfamide (cytostatic)

Ibuprofen (analgesic)

Glucose

Therapeutic classes contrast media (ICM) heavy metals in a hospital effluentndash Comparison with an urban effluent

Hospital effluent Mean value

Urban effluent Mean value

Degradacioacuten de faacutermacos modelo e identificacioacuten de productos de transformacioacuten en condiciones esteacuteriles

Nos permite demostrar que el hongo es

el responsable de la degradacioacuten

Tratamiento de efluentes reales en condiciones no esteacuteriles Cuantificacioacuten de la eliminacioacuten de faacutermacos y ecotoxicidad

Tratamiento de efluentes por hongos Degradacioacuten de faacutermacos

38

EXPERIMENTOS IN VIVO PARA CUANTIFICAR DEGRADACIOacuteN

EXPERIMENTOS PARA DETERMINAR EL PAPEL DE LOS ENZIMAS

- In vitro Lacasa comercial

- In vivo Inhibidores del citocrom P450 (1-aminobenzotriazole)

ESTUDIO DE LA TOXICIDAD (Microtox regTest )

- Bacteria bioluminescente V ficheri

- EC50 a los 15 min Concentracioacuten que disminuye la luz emitida por la bacteria al 50

- Cuanto mas alta sea la EC50 menor es la toxicidad

ANAgraveLISIS DE FAgraveRMACOS EXTRACCIOacuteN EN FASE SOacuteLIDA i HPLC

IDENTIFICACIOacuteN DE SUBPRODUCTOS Servei RMN-UAB

(Medio + contaminante) (Medio + contaminante+ hongo inactivado)

Adsorcioacuten Degradacioacuten miacutenima

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS INDIVIDUALES

EC50

50

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Control abioacutetico Control inactivado Experimental (Medio + contaminante+hongo activo)

Idaea-CSIC ICRA

Ketoprofeno

Eliminacioacute del 100

Metabolits hidroxilats

Perfil de concentracioacute de subproductes del ketoprofen

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS MODELO

IOPROMIDE degradation in Erlenmeyer flasks by

T versicolor pellets Time course degradation of Iopromide

added at approximately 12 mg L-1 Symbols non-inoculated controls ()

experimental cultures () heat-killed

controls () glucose () and laccase

activity (loz)

62 degradation is

observed after 7days of

exposure and remains

constant until the end of

the experiment

Toxicity by Microtox bioassay

Time EC50 ()

Non-biotic control 2

15min 2

8h 1

1d 43

4d 66

7d 87

12d 110

High toxicity at initial time

(EC50 2) Toxicity decreases

over time

Gros et al 2014 Water Research

Degradacioacuten de farmacos en aguas residuales

en bioreactor

CONDITIONS

Sterile effluent

No sterile

Batch

Continuous

Nutrients addition

Non-nutrients addition

Fluidized bed bioreactors 15

and 10 L

Air pulses

T versicolor in form of pellets

pH (45) and temperature (25ordmC)

control

MONITORING

Pharmaceuticals degradation

Acute toxicity (Microtox)

Laccase glucose etc

101

1-ep

oxyC

BZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Cipro

floxa

cin

50

100

150

200

250

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

Cef

alex

in

Ibup

rofe

n

Aceta

minop

hen

Azitro

micin

1

2

3

4

Ketop

rofe

n

Propr

anolol

Cita

lopr

am

Car

bamaz

epine

Acridon

e

Con

cen

tracioacute

(micro

g L

-1)

000

003

006

009

012

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS (Vila Universitaria de la UAB)

Tratamiento no esteril en batch

Eliminacioacuten completa del 70 de los faacutermacos detectados

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Comparacioacuten de la eliminacioacuten de los faacutermacos por el

hongo versus lodos activados (bibliografia)

Grup Fagravermac Concentracioacute

(microg L-1)

Eliminacioacute estegraveril

()

Eliminacioacute no estegraveril

()

Eliminacioacute per llots activats

() Analgegravesics Acetaminofen 387 100 100 82-99

Ibuprofen 1261 100 100 82-99 Ketoprofen lt048 35 100 lt50 Codeina 002 100 - lt82 Antibiogravetics Azitromicin 431 - 100 lt40

Ciprofloxacin 8471 - 35 50-96 (adsorcioacute) Cefalexin 059 - -51 96 β-blockers Propanolol 006 - 100 59-70 Psiquiatrics Carbamazepina 07 -37 Augmenta lt20 Augmenta

1011- epoxy CBZ 755 100 79 - 2-Hydroxy CBZ 1638 46 100 -

Acridone 101 100 Augmenta - Citalopram 01 100 100 -

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Porcentajes de eliminacioacuten superiores en el tratamiento por hongos

Problema cuantificacioacuten inicial de carbamazepina conjugacioacuten

Ace

tam

inop

hen

Ibup

rofen

Ket

opro

fen

Nap

roxe

n

Salicylic a

cid

Cod

eine

Phe

nazo

ne

Dex

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haso

ne

Diclofena

c

Piro

xica

m

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

500

1000

1500

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

50

Tratamiento no esteacuteril Analgeacutesicos

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

46

Cipro

floxa

cin

Oflo

xacin

Clarit

hrom

ycin

Sulfam

etho

xazo

le

Azith

rom

ycin

Met

ronida

zole

Met

ronida

zole-O

H

Trim

etho

prim

Dim

etrid

azole

Ron

idaz

ole

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

35

40

100

150

200

250

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Antibioacuteticos

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

101

1-ep

oxy

CBZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Car

bam

azep

ine

Acr

idon

e

Lora

zepa

m

Cita

lopr

am

Ven

lafaxine

Pra

vast

atin

Olanz

apine

Ser

tralin

e

Fluox

etine

Par

oxet

ine

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

000

025

050

075

100

400800

120016002000

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Faacutermacos de uso psiquiaacutetrico

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Ben

zotri

azole

OP2E

O

Eth

ylpa

rabe

n

Pro

pylpar

aben

BPA

OP

Con

cen

tration

(micro

g L

-1)

0

2

4

6

8

10

20

30

40

50

60

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Compuestos disruptores endocrinos

70 eliminacioacute

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Famiacutelia faacutermacos Tratamiento esteacuteril Tratamiento no esteacuteril

Carga inicial (microg)

Eliminacioacuten ()

Carga inicial (microg)

Eliminacioacute ()

Analgegravesics 1475 180 993 1511 179 988 Antibiogravetics 569 69 861 239 28 908 Cafeiumlna 757 92 79 1490 177 384 EDC 124 15 813 704 84 744 Iopromida 1046 128 755 4197 498 340 Altres fagravermacs 557 68 862 177 21 863 Psiquiagravetrics 3658 447 937 108 13 954 Cantidad total 8185 100 832 8427 100 533

Tratamiento adecuado para degradar faacutermacos en efluents de hospital

Siguiente objetivo Tratamiento en continuo de efluentes

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Fungal inoculated (I)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Non-inoculated (NI)

Non-sterile continuous

treatments of real effluents

VHW treatment

(

) Glucose concentration

(

) COD

(

) Laccase activity

(darr) Fungal biomass partial renovation

(mdash) Glucose addition rate

2 HRT studied

Decrease in laccase activity even with partial biomass renovation

Fungal inoculated (I)

Casas et al 2013 Env Technol 34 113

Glucose 026 g g DCW d

Ammonium 12 mg g DCW d

No glucose accumulation

Need for nutrients

Previous studies in synthetic

media and sterile conditions

CRT

Blaacutenquez et al 2006 Water Res 40 1650

CRT 21 days

13 biomass renovation every 7 days

CRT of 15 days

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Que es lo que sucede

Se muere el hongo aunque estamos renovando la

biomasa no hay suficiente hongo

No hay degradacioacuten

52

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

VHW treatment (2)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

NH4+ addition

PhACs removal

Fungal inoculated (I)

Non-inoculated (NI)

(

) Wastewater (Influent)

(

) Reactor effluent

The analyses have

been performed by

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Microbial community assessment (DGGE)

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Time

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Trametes versicolor

Candida spp

Fusarium solani

Unknown

T versicolor survived until the end of the treatment

laccase activity is not a good indicator

ESCENARIOS DE GESTIOacuteN DE EFLUENTES DE HOSPITAL

EDAR

No eliminacioacuten

de faacutermacos

Dilucioacuten en

el efluente

urbano

Aguas

urbanas

Fong

No eliminacioacuten

de DQO

Hongo Aguas

urbanas

EDAR

HOSPITAL

Srsquoha comprovat la capacitat de T versicolor per degradar fagravermacs

Badiacutea-Fabregat et al 2014 Rodriacuteguez-Rodriacuteguez et al 2014 Cruz-Moratoacute et al 2013

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Inconvenients al tractament drsquo

aiguumles drsquohospitals reals

- Necessitat drsquoaddicionar nutrients - Competegravencia amb bacteris

Possibles solucions Estrategravegies

- Pretractament de lrsquoefluent - Altres configuracions de reactors - Canvi en la font de carboni

Posada a punt del sistema TRH Relacioacute QRQL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

1 2 3

4

5

6

7

1 Tanc drsquoalimentacioacute 2 Tanc de mescla 3 Tanc drsquoeluents de

sortida 4 Bomba de recirculacioacute 5 Bioreactor 6 Entrada drsquoaire 7 Controlador de pH

TRH 3d

QL

QR

QL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

Desenvolupament processos

Efluent hospital

real (HWW)

Aiguumles residuals urbanes

(UWW)

Trametes versicolor

T versicolor crescut sobre fusta

Filtre percolador amb T versicolor crescut sobre fusta

Microalgues Degradacioacute a

escala Erlenmeyer Fotobioreactor FBR

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 29: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

40 x

Biomassa gt 3 g DCWmiddotl-1

Morfologia adequada

280

598 0

50

100

150

200

250

300

Malt extract Defined medium

Co

st (

euromiddotK

g-1) Reduccioacute de cost 98

Escalat de la produccioacute de biomassa

La enzima lacasa es uno de los principales

catalizadores de la biodegradacioacuten pero no el uacutenico

responsable

El hongo degrada casi todos los colorantes

(algunos si estan en concentraciones subtoacutexicas)

La monitorizacioacuten de la produccioacuten enzimaacutetica y

consumo de glucosa son buenos indicadores de la

actividad metaboacutelica del hongo hay que

suministrar nutrientes para mantener la actividad

enzimaacutetica

El hongo puede degradar metabolitos resultantes

de la degradacioacuten que el enzima lacasa no puede

degradar

Algunas conclusiones

Porque utilizar microorganismos y no enzimas

si es mucho mas facil dosificar enzimas

los efluentes a tratar (liacutequidos o soacutelidos) contienen

una mezcla muy compleja de contaminantes no

podemos optimizar ni el enzima ni las condiciones

es difiacutecil que un enzima pueda degradar todos los

contaminantes presentes

en muchos casos los enzimas solo realizan un paso

de la transformacioacuten y se pueden formar TPs toacutexicos

o no biodegradables

el microorganismo es un sistema multienzimaacutetico

2010 20151985 1990 1995 2000 2005

Cronograma de los trabajos publicados en relacioacuten a biodegradacioacuten de contaminantes por hongos en medio liacutequido

Contaminantes emergentes

Pesticidas (DDT amp DDE)

PCBs HAPs Disolventes clorados

AR de produccioacuten Aceite de oliva

AR de la induacutestria del papel

Retardantes de llama (Bromados)

Faacutermacos

Filtros solares UV

Deteccioacuten faacutermacos en medio ambient

Colorantes sinteacuteticos Explosivos

TNT y nitroglicerina

AR de la industria textil

ASPECTOS GENERALES

A que se llama contaminantes emergentes

Productos considerados contaminantes actualmente pero no en el pasado presentes de forma constante en el medio ambiente a bajas concentraciones provocando problemas en el ecosistema y pendientes de ser regulados en un futuro proacuteximo

Entre ellos se incluyen los faacutermacos drogas de abuso productos asociados a la higiene y cuidado corporal retardantes de llama plaguicidashellip Caracteriacutesticas

alto consumo acumulacioacuten en el medio y organismos potencial disruptor endocrino toxicidadhellip

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

EDAR

Mezcla de ldquocontaminantes emergentesrdquo

metabolitos

substancias conjugadas

EXCRECIOacuteNVERTIDO

Retenidos en los lodos

inalterados

transformados

Mineralizados

Transformados

Inalterados

Presencia en aguas subterraneas superficiales y

sedimentos

Presencia en suelos

efluente

influente

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

bull 2005 la mayoriacutea de estudios realizados se centran en ndash Puesta a punto de meacutetodos analiacuteticos

ndash Deteccioacuten en aguas superficiales y subterraacuteneas

ndash Deteccioacuten en sistemas de tratamiento convencionales (EDARs)

ndash Deteccioacuten en efluentes de hospitales

bull Algunos estudios de degradacioacuten por bacterias en efluentes

bull Escasos (ninguno) estudios de degradacioacuten en lodos

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

HONGOS

Cual es el principal problema que presenta estudiar su degradacioacuten

Las bajas concentraciones en que se encuentran y el

hecho de estar en matrices muy complejas dificulta

su deteccioacuten y cuantificacioacuten

Aplicacioacuten en matrices liquidas y soacutelidas

Matrices liacutequidas

Aguas residuales de hospital

Aguas residuales de la Vila Universitaria

Concentrado de un proceso de membranas

Aguas de un hospital veterinario

Matrices solidas

Lodos de depuradoras urbanas

Lodos de reactor MBR

37 Verlicchi et al J hydrology 2010 also WST 2010

erythromycin (antibiotic)

Iopromide (ICM)

ifosfamide (cytostatic)

Ibuprofen (analgesic)

Glucose

Therapeutic classes contrast media (ICM) heavy metals in a hospital effluentndash Comparison with an urban effluent

Hospital effluent Mean value

Urban effluent Mean value

Degradacioacuten de faacutermacos modelo e identificacioacuten de productos de transformacioacuten en condiciones esteacuteriles

Nos permite demostrar que el hongo es

el responsable de la degradacioacuten

Tratamiento de efluentes reales en condiciones no esteacuteriles Cuantificacioacuten de la eliminacioacuten de faacutermacos y ecotoxicidad

Tratamiento de efluentes por hongos Degradacioacuten de faacutermacos

38

EXPERIMENTOS IN VIVO PARA CUANTIFICAR DEGRADACIOacuteN

EXPERIMENTOS PARA DETERMINAR EL PAPEL DE LOS ENZIMAS

- In vitro Lacasa comercial

- In vivo Inhibidores del citocrom P450 (1-aminobenzotriazole)

ESTUDIO DE LA TOXICIDAD (Microtox regTest )

- Bacteria bioluminescente V ficheri

- EC50 a los 15 min Concentracioacuten que disminuye la luz emitida por la bacteria al 50

- Cuanto mas alta sea la EC50 menor es la toxicidad

ANAgraveLISIS DE FAgraveRMACOS EXTRACCIOacuteN EN FASE SOacuteLIDA i HPLC

IDENTIFICACIOacuteN DE SUBPRODUCTOS Servei RMN-UAB

(Medio + contaminante) (Medio + contaminante+ hongo inactivado)

Adsorcioacuten Degradacioacuten miacutenima

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS INDIVIDUALES

EC50

50

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Control abioacutetico Control inactivado Experimental (Medio + contaminante+hongo activo)

Idaea-CSIC ICRA

Ketoprofeno

Eliminacioacute del 100

Metabolits hidroxilats

Perfil de concentracioacute de subproductes del ketoprofen

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS MODELO

IOPROMIDE degradation in Erlenmeyer flasks by

T versicolor pellets Time course degradation of Iopromide

added at approximately 12 mg L-1 Symbols non-inoculated controls ()

experimental cultures () heat-killed

controls () glucose () and laccase

activity (loz)

62 degradation is

observed after 7days of

exposure and remains

constant until the end of

the experiment

Toxicity by Microtox bioassay

Time EC50 ()

Non-biotic control 2

15min 2

8h 1

1d 43

4d 66

7d 87

12d 110

High toxicity at initial time

(EC50 2) Toxicity decreases

over time

Gros et al 2014 Water Research

Degradacioacuten de farmacos en aguas residuales

en bioreactor

CONDITIONS

Sterile effluent

No sterile

Batch

Continuous

Nutrients addition

Non-nutrients addition

Fluidized bed bioreactors 15

and 10 L

Air pulses

T versicolor in form of pellets

pH (45) and temperature (25ordmC)

control

MONITORING

Pharmaceuticals degradation

Acute toxicity (Microtox)

Laccase glucose etc

101

1-ep

oxyC

BZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Cipro

floxa

cin

50

100

150

200

250

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

Cef

alex

in

Ibup

rofe

n

Aceta

minop

hen

Azitro

micin

1

2

3

4

Ketop

rofe

n

Propr

anolol

Cita

lopr

am

Car

bamaz

epine

Acridon

e

Con

cen

tracioacute

(micro

g L

-1)

000

003

006

009

012

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS (Vila Universitaria de la UAB)

Tratamiento no esteril en batch

Eliminacioacuten completa del 70 de los faacutermacos detectados

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Comparacioacuten de la eliminacioacuten de los faacutermacos por el

hongo versus lodos activados (bibliografia)

Grup Fagravermac Concentracioacute

(microg L-1)

Eliminacioacute estegraveril

()

Eliminacioacute no estegraveril

()

Eliminacioacute per llots activats

() Analgegravesics Acetaminofen 387 100 100 82-99

Ibuprofen 1261 100 100 82-99 Ketoprofen lt048 35 100 lt50 Codeina 002 100 - lt82 Antibiogravetics Azitromicin 431 - 100 lt40

Ciprofloxacin 8471 - 35 50-96 (adsorcioacute) Cefalexin 059 - -51 96 β-blockers Propanolol 006 - 100 59-70 Psiquiatrics Carbamazepina 07 -37 Augmenta lt20 Augmenta

1011- epoxy CBZ 755 100 79 - 2-Hydroxy CBZ 1638 46 100 -

Acridone 101 100 Augmenta - Citalopram 01 100 100 -

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Porcentajes de eliminacioacuten superiores en el tratamiento por hongos

Problema cuantificacioacuten inicial de carbamazepina conjugacioacuten

Ace

tam

inop

hen

Ibup

rofen

Ket

opro

fen

Nap

roxe

n

Salicylic a

cid

Cod

eine

Phe

nazo

ne

Dex

amet

haso

ne

Diclofena

c

Piro

xica

m

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

500

1000

1500

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

50

Tratamiento no esteacuteril Analgeacutesicos

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

46

Cipro

floxa

cin

Oflo

xacin

Clarit

hrom

ycin

Sulfam

etho

xazo

le

Azith

rom

ycin

Met

ronida

zole

Met

ronida

zole-O

H

Trim

etho

prim

Dim

etrid

azole

Ron

idaz

ole

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

35

40

100

150

200

250

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Antibioacuteticos

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

101

1-ep

oxy

CBZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Car

bam

azep

ine

Acr

idon

e

Lora

zepa

m

Cita

lopr

am

Ven

lafaxine

Pra

vast

atin

Olanz

apine

Ser

tralin

e

Fluox

etine

Par

oxet

ine

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

000

025

050

075

100

400800

120016002000

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Faacutermacos de uso psiquiaacutetrico

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Ben

zotri

azole

OP2E

O

Eth

ylpa

rabe

n

Pro

pylpar

aben

BPA

OP

Con

cen

tration

(micro

g L

-1)

0

2

4

6

8

10

20

30

40

50

60

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Compuestos disruptores endocrinos

70 eliminacioacute

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Famiacutelia faacutermacos Tratamiento esteacuteril Tratamiento no esteacuteril

Carga inicial (microg)

Eliminacioacuten ()

Carga inicial (microg)

Eliminacioacute ()

Analgegravesics 1475 180 993 1511 179 988 Antibiogravetics 569 69 861 239 28 908 Cafeiumlna 757 92 79 1490 177 384 EDC 124 15 813 704 84 744 Iopromida 1046 128 755 4197 498 340 Altres fagravermacs 557 68 862 177 21 863 Psiquiagravetrics 3658 447 937 108 13 954 Cantidad total 8185 100 832 8427 100 533

Tratamiento adecuado para degradar faacutermacos en efluents de hospital

Siguiente objetivo Tratamiento en continuo de efluentes

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Fungal inoculated (I)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Non-inoculated (NI)

Non-sterile continuous

treatments of real effluents

VHW treatment

(

) Glucose concentration

(

) COD

(

) Laccase activity

(darr) Fungal biomass partial renovation

(mdash) Glucose addition rate

2 HRT studied

Decrease in laccase activity even with partial biomass renovation

Fungal inoculated (I)

Casas et al 2013 Env Technol 34 113

Glucose 026 g g DCW d

Ammonium 12 mg g DCW d

No glucose accumulation

Need for nutrients

Previous studies in synthetic

media and sterile conditions

CRT

Blaacutenquez et al 2006 Water Res 40 1650

CRT 21 days

13 biomass renovation every 7 days

CRT of 15 days

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Que es lo que sucede

Se muere el hongo aunque estamos renovando la

biomasa no hay suficiente hongo

No hay degradacioacuten

52

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

VHW treatment (2)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

NH4+ addition

PhACs removal

Fungal inoculated (I)

Non-inoculated (NI)

(

) Wastewater (Influent)

(

) Reactor effluent

The analyses have

been performed by

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Microbial community assessment (DGGE)

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Time

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Trametes versicolor

Candida spp

Fusarium solani

Unknown

T versicolor survived until the end of the treatment

laccase activity is not a good indicator

ESCENARIOS DE GESTIOacuteN DE EFLUENTES DE HOSPITAL

EDAR

No eliminacioacuten

de faacutermacos

Dilucioacuten en

el efluente

urbano

Aguas

urbanas

Fong

No eliminacioacuten

de DQO

Hongo Aguas

urbanas

EDAR

HOSPITAL

Srsquoha comprovat la capacitat de T versicolor per degradar fagravermacs

Badiacutea-Fabregat et al 2014 Rodriacuteguez-Rodriacuteguez et al 2014 Cruz-Moratoacute et al 2013

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Inconvenients al tractament drsquo

aiguumles drsquohospitals reals

- Necessitat drsquoaddicionar nutrients - Competegravencia amb bacteris

Possibles solucions Estrategravegies

- Pretractament de lrsquoefluent - Altres configuracions de reactors - Canvi en la font de carboni

Posada a punt del sistema TRH Relacioacute QRQL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

1 2 3

4

5

6

7

1 Tanc drsquoalimentacioacute 2 Tanc de mescla 3 Tanc drsquoeluents de

sortida 4 Bomba de recirculacioacute 5 Bioreactor 6 Entrada drsquoaire 7 Controlador de pH

TRH 3d

QL

QR

QL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

Desenvolupament processos

Efluent hospital

real (HWW)

Aiguumles residuals urbanes

(UWW)

Trametes versicolor

T versicolor crescut sobre fusta

Filtre percolador amb T versicolor crescut sobre fusta

Microalgues Degradacioacute a

escala Erlenmeyer Fotobioreactor FBR

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 30: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

La enzima lacasa es uno de los principales

catalizadores de la biodegradacioacuten pero no el uacutenico

responsable

El hongo degrada casi todos los colorantes

(algunos si estan en concentraciones subtoacutexicas)

La monitorizacioacuten de la produccioacuten enzimaacutetica y

consumo de glucosa son buenos indicadores de la

actividad metaboacutelica del hongo hay que

suministrar nutrientes para mantener la actividad

enzimaacutetica

El hongo puede degradar metabolitos resultantes

de la degradacioacuten que el enzima lacasa no puede

degradar

Algunas conclusiones

Porque utilizar microorganismos y no enzimas

si es mucho mas facil dosificar enzimas

los efluentes a tratar (liacutequidos o soacutelidos) contienen

una mezcla muy compleja de contaminantes no

podemos optimizar ni el enzima ni las condiciones

es difiacutecil que un enzima pueda degradar todos los

contaminantes presentes

en muchos casos los enzimas solo realizan un paso

de la transformacioacuten y se pueden formar TPs toacutexicos

o no biodegradables

el microorganismo es un sistema multienzimaacutetico

2010 20151985 1990 1995 2000 2005

Cronograma de los trabajos publicados en relacioacuten a biodegradacioacuten de contaminantes por hongos en medio liacutequido

Contaminantes emergentes

Pesticidas (DDT amp DDE)

PCBs HAPs Disolventes clorados

AR de produccioacuten Aceite de oliva

AR de la induacutestria del papel

Retardantes de llama (Bromados)

Faacutermacos

Filtros solares UV

Deteccioacuten faacutermacos en medio ambient

Colorantes sinteacuteticos Explosivos

TNT y nitroglicerina

AR de la industria textil

ASPECTOS GENERALES

A que se llama contaminantes emergentes

Productos considerados contaminantes actualmente pero no en el pasado presentes de forma constante en el medio ambiente a bajas concentraciones provocando problemas en el ecosistema y pendientes de ser regulados en un futuro proacuteximo

Entre ellos se incluyen los faacutermacos drogas de abuso productos asociados a la higiene y cuidado corporal retardantes de llama plaguicidashellip Caracteriacutesticas

alto consumo acumulacioacuten en el medio y organismos potencial disruptor endocrino toxicidadhellip

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

EDAR

Mezcla de ldquocontaminantes emergentesrdquo

metabolitos

substancias conjugadas

EXCRECIOacuteNVERTIDO

Retenidos en los lodos

inalterados

transformados

Mineralizados

Transformados

Inalterados

Presencia en aguas subterraneas superficiales y

sedimentos

Presencia en suelos

efluente

influente

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

bull 2005 la mayoriacutea de estudios realizados se centran en ndash Puesta a punto de meacutetodos analiacuteticos

ndash Deteccioacuten en aguas superficiales y subterraacuteneas

ndash Deteccioacuten en sistemas de tratamiento convencionales (EDARs)

ndash Deteccioacuten en efluentes de hospitales

bull Algunos estudios de degradacioacuten por bacterias en efluentes

bull Escasos (ninguno) estudios de degradacioacuten en lodos

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

HONGOS

Cual es el principal problema que presenta estudiar su degradacioacuten

Las bajas concentraciones en que se encuentran y el

hecho de estar en matrices muy complejas dificulta

su deteccioacuten y cuantificacioacuten

Aplicacioacuten en matrices liquidas y soacutelidas

Matrices liacutequidas

Aguas residuales de hospital

Aguas residuales de la Vila Universitaria

Concentrado de un proceso de membranas

Aguas de un hospital veterinario

Matrices solidas

Lodos de depuradoras urbanas

Lodos de reactor MBR

37 Verlicchi et al J hydrology 2010 also WST 2010

erythromycin (antibiotic)

Iopromide (ICM)

ifosfamide (cytostatic)

Ibuprofen (analgesic)

Glucose

Therapeutic classes contrast media (ICM) heavy metals in a hospital effluentndash Comparison with an urban effluent

Hospital effluent Mean value

Urban effluent Mean value

Degradacioacuten de faacutermacos modelo e identificacioacuten de productos de transformacioacuten en condiciones esteacuteriles

Nos permite demostrar que el hongo es

el responsable de la degradacioacuten

Tratamiento de efluentes reales en condiciones no esteacuteriles Cuantificacioacuten de la eliminacioacuten de faacutermacos y ecotoxicidad

Tratamiento de efluentes por hongos Degradacioacuten de faacutermacos

38

EXPERIMENTOS IN VIVO PARA CUANTIFICAR DEGRADACIOacuteN

EXPERIMENTOS PARA DETERMINAR EL PAPEL DE LOS ENZIMAS

- In vitro Lacasa comercial

- In vivo Inhibidores del citocrom P450 (1-aminobenzotriazole)

ESTUDIO DE LA TOXICIDAD (Microtox regTest )

- Bacteria bioluminescente V ficheri

- EC50 a los 15 min Concentracioacuten que disminuye la luz emitida por la bacteria al 50

- Cuanto mas alta sea la EC50 menor es la toxicidad

ANAgraveLISIS DE FAgraveRMACOS EXTRACCIOacuteN EN FASE SOacuteLIDA i HPLC

IDENTIFICACIOacuteN DE SUBPRODUCTOS Servei RMN-UAB

(Medio + contaminante) (Medio + contaminante+ hongo inactivado)

Adsorcioacuten Degradacioacuten miacutenima

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS INDIVIDUALES

EC50

50

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Control abioacutetico Control inactivado Experimental (Medio + contaminante+hongo activo)

Idaea-CSIC ICRA

Ketoprofeno

Eliminacioacute del 100

Metabolits hidroxilats

Perfil de concentracioacute de subproductes del ketoprofen

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS MODELO

IOPROMIDE degradation in Erlenmeyer flasks by

T versicolor pellets Time course degradation of Iopromide

added at approximately 12 mg L-1 Symbols non-inoculated controls ()

experimental cultures () heat-killed

controls () glucose () and laccase

activity (loz)

62 degradation is

observed after 7days of

exposure and remains

constant until the end of

the experiment

Toxicity by Microtox bioassay

Time EC50 ()

Non-biotic control 2

15min 2

8h 1

1d 43

4d 66

7d 87

12d 110

High toxicity at initial time

(EC50 2) Toxicity decreases

over time

Gros et al 2014 Water Research

Degradacioacuten de farmacos en aguas residuales

en bioreactor

CONDITIONS

Sterile effluent

No sterile

Batch

Continuous

Nutrients addition

Non-nutrients addition

Fluidized bed bioreactors 15

and 10 L

Air pulses

T versicolor in form of pellets

pH (45) and temperature (25ordmC)

control

MONITORING

Pharmaceuticals degradation

Acute toxicity (Microtox)

Laccase glucose etc

101

1-ep

oxyC

BZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Cipro

floxa

cin

50

100

150

200

250

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

Cef

alex

in

Ibup

rofe

n

Aceta

minop

hen

Azitro

micin

1

2

3

4

Ketop

rofe

n

Propr

anolol

Cita

lopr

am

Car

bamaz

epine

Acridon

e

Con

cen

tracioacute

(micro

g L

-1)

000

003

006

009

012

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS (Vila Universitaria de la UAB)

Tratamiento no esteril en batch

Eliminacioacuten completa del 70 de los faacutermacos detectados

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Comparacioacuten de la eliminacioacuten de los faacutermacos por el

hongo versus lodos activados (bibliografia)

Grup Fagravermac Concentracioacute

(microg L-1)

Eliminacioacute estegraveril

()

Eliminacioacute no estegraveril

()

Eliminacioacute per llots activats

() Analgegravesics Acetaminofen 387 100 100 82-99

Ibuprofen 1261 100 100 82-99 Ketoprofen lt048 35 100 lt50 Codeina 002 100 - lt82 Antibiogravetics Azitromicin 431 - 100 lt40

Ciprofloxacin 8471 - 35 50-96 (adsorcioacute) Cefalexin 059 - -51 96 β-blockers Propanolol 006 - 100 59-70 Psiquiatrics Carbamazepina 07 -37 Augmenta lt20 Augmenta

1011- epoxy CBZ 755 100 79 - 2-Hydroxy CBZ 1638 46 100 -

Acridone 101 100 Augmenta - Citalopram 01 100 100 -

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Porcentajes de eliminacioacuten superiores en el tratamiento por hongos

Problema cuantificacioacuten inicial de carbamazepina conjugacioacuten

Ace

tam

inop

hen

Ibup

rofen

Ket

opro

fen

Nap

roxe

n

Salicylic a

cid

Cod

eine

Phe

nazo

ne

Dex

amet

haso

ne

Diclofena

c

Piro

xica

m

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

500

1000

1500

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

50

Tratamiento no esteacuteril Analgeacutesicos

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

46

Cipro

floxa

cin

Oflo

xacin

Clarit

hrom

ycin

Sulfam

etho

xazo

le

Azith

rom

ycin

Met

ronida

zole

Met

ronida

zole-O

H

Trim

etho

prim

Dim

etrid

azole

Ron

idaz

ole

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

35

40

100

150

200

250

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Antibioacuteticos

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

101

1-ep

oxy

CBZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Car

bam

azep

ine

Acr

idon

e

Lora

zepa

m

Cita

lopr

am

Ven

lafaxine

Pra

vast

atin

Olanz

apine

Ser

tralin

e

Fluox

etine

Par

oxet

ine

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

000

025

050

075

100

400800

120016002000

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Faacutermacos de uso psiquiaacutetrico

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Ben

zotri

azole

OP2E

O

Eth

ylpa

rabe

n

Pro

pylpar

aben

BPA

OP

Con

cen

tration

(micro

g L

-1)

0

2

4

6

8

10

20

30

40

50

60

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Compuestos disruptores endocrinos

70 eliminacioacute

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Famiacutelia faacutermacos Tratamiento esteacuteril Tratamiento no esteacuteril

Carga inicial (microg)

Eliminacioacuten ()

Carga inicial (microg)

Eliminacioacute ()

Analgegravesics 1475 180 993 1511 179 988 Antibiogravetics 569 69 861 239 28 908 Cafeiumlna 757 92 79 1490 177 384 EDC 124 15 813 704 84 744 Iopromida 1046 128 755 4197 498 340 Altres fagravermacs 557 68 862 177 21 863 Psiquiagravetrics 3658 447 937 108 13 954 Cantidad total 8185 100 832 8427 100 533

Tratamiento adecuado para degradar faacutermacos en efluents de hospital

Siguiente objetivo Tratamiento en continuo de efluentes

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Fungal inoculated (I)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Non-inoculated (NI)

Non-sterile continuous

treatments of real effluents

VHW treatment

(

) Glucose concentration

(

) COD

(

) Laccase activity

(darr) Fungal biomass partial renovation

(mdash) Glucose addition rate

2 HRT studied

Decrease in laccase activity even with partial biomass renovation

Fungal inoculated (I)

Casas et al 2013 Env Technol 34 113

Glucose 026 g g DCW d

Ammonium 12 mg g DCW d

No glucose accumulation

Need for nutrients

Previous studies in synthetic

media and sterile conditions

CRT

Blaacutenquez et al 2006 Water Res 40 1650

CRT 21 days

13 biomass renovation every 7 days

CRT of 15 days

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Que es lo que sucede

Se muere el hongo aunque estamos renovando la

biomasa no hay suficiente hongo

No hay degradacioacuten

52

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

VHW treatment (2)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

NH4+ addition

PhACs removal

Fungal inoculated (I)

Non-inoculated (NI)

(

) Wastewater (Influent)

(

) Reactor effluent

The analyses have

been performed by

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Microbial community assessment (DGGE)

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Time

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Trametes versicolor

Candida spp

Fusarium solani

Unknown

T versicolor survived until the end of the treatment

laccase activity is not a good indicator

ESCENARIOS DE GESTIOacuteN DE EFLUENTES DE HOSPITAL

EDAR

No eliminacioacuten

de faacutermacos

Dilucioacuten en

el efluente

urbano

Aguas

urbanas

Fong

No eliminacioacuten

de DQO

Hongo Aguas

urbanas

EDAR

HOSPITAL

Srsquoha comprovat la capacitat de T versicolor per degradar fagravermacs

Badiacutea-Fabregat et al 2014 Rodriacuteguez-Rodriacuteguez et al 2014 Cruz-Moratoacute et al 2013

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Inconvenients al tractament drsquo

aiguumles drsquohospitals reals

- Necessitat drsquoaddicionar nutrients - Competegravencia amb bacteris

Possibles solucions Estrategravegies

- Pretractament de lrsquoefluent - Altres configuracions de reactors - Canvi en la font de carboni

Posada a punt del sistema TRH Relacioacute QRQL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

1 2 3

4

5

6

7

1 Tanc drsquoalimentacioacute 2 Tanc de mescla 3 Tanc drsquoeluents de

sortida 4 Bomba de recirculacioacute 5 Bioreactor 6 Entrada drsquoaire 7 Controlador de pH

TRH 3d

QL

QR

QL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

Desenvolupament processos

Efluent hospital

real (HWW)

Aiguumles residuals urbanes

(UWW)

Trametes versicolor

T versicolor crescut sobre fusta

Filtre percolador amb T versicolor crescut sobre fusta

Microalgues Degradacioacute a

escala Erlenmeyer Fotobioreactor FBR

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 31: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

Porque utilizar microorganismos y no enzimas

si es mucho mas facil dosificar enzimas

los efluentes a tratar (liacutequidos o soacutelidos) contienen

una mezcla muy compleja de contaminantes no

podemos optimizar ni el enzima ni las condiciones

es difiacutecil que un enzima pueda degradar todos los

contaminantes presentes

en muchos casos los enzimas solo realizan un paso

de la transformacioacuten y se pueden formar TPs toacutexicos

o no biodegradables

el microorganismo es un sistema multienzimaacutetico

2010 20151985 1990 1995 2000 2005

Cronograma de los trabajos publicados en relacioacuten a biodegradacioacuten de contaminantes por hongos en medio liacutequido

Contaminantes emergentes

Pesticidas (DDT amp DDE)

PCBs HAPs Disolventes clorados

AR de produccioacuten Aceite de oliva

AR de la induacutestria del papel

Retardantes de llama (Bromados)

Faacutermacos

Filtros solares UV

Deteccioacuten faacutermacos en medio ambient

Colorantes sinteacuteticos Explosivos

TNT y nitroglicerina

AR de la industria textil

ASPECTOS GENERALES

A que se llama contaminantes emergentes

Productos considerados contaminantes actualmente pero no en el pasado presentes de forma constante en el medio ambiente a bajas concentraciones provocando problemas en el ecosistema y pendientes de ser regulados en un futuro proacuteximo

Entre ellos se incluyen los faacutermacos drogas de abuso productos asociados a la higiene y cuidado corporal retardantes de llama plaguicidashellip Caracteriacutesticas

alto consumo acumulacioacuten en el medio y organismos potencial disruptor endocrino toxicidadhellip

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

EDAR

Mezcla de ldquocontaminantes emergentesrdquo

metabolitos

substancias conjugadas

EXCRECIOacuteNVERTIDO

Retenidos en los lodos

inalterados

transformados

Mineralizados

Transformados

Inalterados

Presencia en aguas subterraneas superficiales y

sedimentos

Presencia en suelos

efluente

influente

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

bull 2005 la mayoriacutea de estudios realizados se centran en ndash Puesta a punto de meacutetodos analiacuteticos

ndash Deteccioacuten en aguas superficiales y subterraacuteneas

ndash Deteccioacuten en sistemas de tratamiento convencionales (EDARs)

ndash Deteccioacuten en efluentes de hospitales

bull Algunos estudios de degradacioacuten por bacterias en efluentes

bull Escasos (ninguno) estudios de degradacioacuten en lodos

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

HONGOS

Cual es el principal problema que presenta estudiar su degradacioacuten

Las bajas concentraciones en que se encuentran y el

hecho de estar en matrices muy complejas dificulta

su deteccioacuten y cuantificacioacuten

Aplicacioacuten en matrices liquidas y soacutelidas

Matrices liacutequidas

Aguas residuales de hospital

Aguas residuales de la Vila Universitaria

Concentrado de un proceso de membranas

Aguas de un hospital veterinario

Matrices solidas

Lodos de depuradoras urbanas

Lodos de reactor MBR

37 Verlicchi et al J hydrology 2010 also WST 2010

erythromycin (antibiotic)

Iopromide (ICM)

ifosfamide (cytostatic)

Ibuprofen (analgesic)

Glucose

Therapeutic classes contrast media (ICM) heavy metals in a hospital effluentndash Comparison with an urban effluent

Hospital effluent Mean value

Urban effluent Mean value

Degradacioacuten de faacutermacos modelo e identificacioacuten de productos de transformacioacuten en condiciones esteacuteriles

Nos permite demostrar que el hongo es

el responsable de la degradacioacuten

Tratamiento de efluentes reales en condiciones no esteacuteriles Cuantificacioacuten de la eliminacioacuten de faacutermacos y ecotoxicidad

Tratamiento de efluentes por hongos Degradacioacuten de faacutermacos

38

EXPERIMENTOS IN VIVO PARA CUANTIFICAR DEGRADACIOacuteN

EXPERIMENTOS PARA DETERMINAR EL PAPEL DE LOS ENZIMAS

- In vitro Lacasa comercial

- In vivo Inhibidores del citocrom P450 (1-aminobenzotriazole)

ESTUDIO DE LA TOXICIDAD (Microtox regTest )

- Bacteria bioluminescente V ficheri

- EC50 a los 15 min Concentracioacuten que disminuye la luz emitida por la bacteria al 50

- Cuanto mas alta sea la EC50 menor es la toxicidad

ANAgraveLISIS DE FAgraveRMACOS EXTRACCIOacuteN EN FASE SOacuteLIDA i HPLC

IDENTIFICACIOacuteN DE SUBPRODUCTOS Servei RMN-UAB

(Medio + contaminante) (Medio + contaminante+ hongo inactivado)

Adsorcioacuten Degradacioacuten miacutenima

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS INDIVIDUALES

EC50

50

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Control abioacutetico Control inactivado Experimental (Medio + contaminante+hongo activo)

Idaea-CSIC ICRA

Ketoprofeno

Eliminacioacute del 100

Metabolits hidroxilats

Perfil de concentracioacute de subproductes del ketoprofen

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS MODELO

IOPROMIDE degradation in Erlenmeyer flasks by

T versicolor pellets Time course degradation of Iopromide

added at approximately 12 mg L-1 Symbols non-inoculated controls ()

experimental cultures () heat-killed

controls () glucose () and laccase

activity (loz)

62 degradation is

observed after 7days of

exposure and remains

constant until the end of

the experiment

Toxicity by Microtox bioassay

Time EC50 ()

Non-biotic control 2

15min 2

8h 1

1d 43

4d 66

7d 87

12d 110

High toxicity at initial time

(EC50 2) Toxicity decreases

over time

Gros et al 2014 Water Research

Degradacioacuten de farmacos en aguas residuales

en bioreactor

CONDITIONS

Sterile effluent

No sterile

Batch

Continuous

Nutrients addition

Non-nutrients addition

Fluidized bed bioreactors 15

and 10 L

Air pulses

T versicolor in form of pellets

pH (45) and temperature (25ordmC)

control

MONITORING

Pharmaceuticals degradation

Acute toxicity (Microtox)

Laccase glucose etc

101

1-ep

oxyC

BZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Cipro

floxa

cin

50

100

150

200

250

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

Cef

alex

in

Ibup

rofe

n

Aceta

minop

hen

Azitro

micin

1

2

3

4

Ketop

rofe

n

Propr

anolol

Cita

lopr

am

Car

bamaz

epine

Acridon

e

Con

cen

tracioacute

(micro

g L

-1)

000

003

006

009

012

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS (Vila Universitaria de la UAB)

Tratamiento no esteril en batch

Eliminacioacuten completa del 70 de los faacutermacos detectados

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Comparacioacuten de la eliminacioacuten de los faacutermacos por el

hongo versus lodos activados (bibliografia)

Grup Fagravermac Concentracioacute

(microg L-1)

Eliminacioacute estegraveril

()

Eliminacioacute no estegraveril

()

Eliminacioacute per llots activats

() Analgegravesics Acetaminofen 387 100 100 82-99

Ibuprofen 1261 100 100 82-99 Ketoprofen lt048 35 100 lt50 Codeina 002 100 - lt82 Antibiogravetics Azitromicin 431 - 100 lt40

Ciprofloxacin 8471 - 35 50-96 (adsorcioacute) Cefalexin 059 - -51 96 β-blockers Propanolol 006 - 100 59-70 Psiquiatrics Carbamazepina 07 -37 Augmenta lt20 Augmenta

1011- epoxy CBZ 755 100 79 - 2-Hydroxy CBZ 1638 46 100 -

Acridone 101 100 Augmenta - Citalopram 01 100 100 -

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Porcentajes de eliminacioacuten superiores en el tratamiento por hongos

Problema cuantificacioacuten inicial de carbamazepina conjugacioacuten

Ace

tam

inop

hen

Ibup

rofen

Ket

opro

fen

Nap

roxe

n

Salicylic a

cid

Cod

eine

Phe

nazo

ne

Dex

amet

haso

ne

Diclofena

c

Piro

xica

m

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

500

1000

1500

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

50

Tratamiento no esteacuteril Analgeacutesicos

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

46

Cipro

floxa

cin

Oflo

xacin

Clarit

hrom

ycin

Sulfam

etho

xazo

le

Azith

rom

ycin

Met

ronida

zole

Met

ronida

zole-O

H

Trim

etho

prim

Dim

etrid

azole

Ron

idaz

ole

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

35

40

100

150

200

250

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Antibioacuteticos

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

101

1-ep

oxy

CBZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Car

bam

azep

ine

Acr

idon

e

Lora

zepa

m

Cita

lopr

am

Ven

lafaxine

Pra

vast

atin

Olanz

apine

Ser

tralin

e

Fluox

etine

Par

oxet

ine

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

000

025

050

075

100

400800

120016002000

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Faacutermacos de uso psiquiaacutetrico

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Ben

zotri

azole

OP2E

O

Eth

ylpa

rabe

n

Pro

pylpar

aben

BPA

OP

Con

cen

tration

(micro

g L

-1)

0

2

4

6

8

10

20

30

40

50

60

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Compuestos disruptores endocrinos

70 eliminacioacute

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Famiacutelia faacutermacos Tratamiento esteacuteril Tratamiento no esteacuteril

Carga inicial (microg)

Eliminacioacuten ()

Carga inicial (microg)

Eliminacioacute ()

Analgegravesics 1475 180 993 1511 179 988 Antibiogravetics 569 69 861 239 28 908 Cafeiumlna 757 92 79 1490 177 384 EDC 124 15 813 704 84 744 Iopromida 1046 128 755 4197 498 340 Altres fagravermacs 557 68 862 177 21 863 Psiquiagravetrics 3658 447 937 108 13 954 Cantidad total 8185 100 832 8427 100 533

Tratamiento adecuado para degradar faacutermacos en efluents de hospital

Siguiente objetivo Tratamiento en continuo de efluentes

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Fungal inoculated (I)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Non-inoculated (NI)

Non-sterile continuous

treatments of real effluents

VHW treatment

(

) Glucose concentration

(

) COD

(

) Laccase activity

(darr) Fungal biomass partial renovation

(mdash) Glucose addition rate

2 HRT studied

Decrease in laccase activity even with partial biomass renovation

Fungal inoculated (I)

Casas et al 2013 Env Technol 34 113

Glucose 026 g g DCW d

Ammonium 12 mg g DCW d

No glucose accumulation

Need for nutrients

Previous studies in synthetic

media and sterile conditions

CRT

Blaacutenquez et al 2006 Water Res 40 1650

CRT 21 days

13 biomass renovation every 7 days

CRT of 15 days

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Que es lo que sucede

Se muere el hongo aunque estamos renovando la

biomasa no hay suficiente hongo

No hay degradacioacuten

52

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

VHW treatment (2)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

NH4+ addition

PhACs removal

Fungal inoculated (I)

Non-inoculated (NI)

(

) Wastewater (Influent)

(

) Reactor effluent

The analyses have

been performed by

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Microbial community assessment (DGGE)

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Time

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Trametes versicolor

Candida spp

Fusarium solani

Unknown

T versicolor survived until the end of the treatment

laccase activity is not a good indicator

ESCENARIOS DE GESTIOacuteN DE EFLUENTES DE HOSPITAL

EDAR

No eliminacioacuten

de faacutermacos

Dilucioacuten en

el efluente

urbano

Aguas

urbanas

Fong

No eliminacioacuten

de DQO

Hongo Aguas

urbanas

EDAR

HOSPITAL

Srsquoha comprovat la capacitat de T versicolor per degradar fagravermacs

Badiacutea-Fabregat et al 2014 Rodriacuteguez-Rodriacuteguez et al 2014 Cruz-Moratoacute et al 2013

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Inconvenients al tractament drsquo

aiguumles drsquohospitals reals

- Necessitat drsquoaddicionar nutrients - Competegravencia amb bacteris

Possibles solucions Estrategravegies

- Pretractament de lrsquoefluent - Altres configuracions de reactors - Canvi en la font de carboni

Posada a punt del sistema TRH Relacioacute QRQL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

1 2 3

4

5

6

7

1 Tanc drsquoalimentacioacute 2 Tanc de mescla 3 Tanc drsquoeluents de

sortida 4 Bomba de recirculacioacute 5 Bioreactor 6 Entrada drsquoaire 7 Controlador de pH

TRH 3d

QL

QR

QL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

Desenvolupament processos

Efluent hospital

real (HWW)

Aiguumles residuals urbanes

(UWW)

Trametes versicolor

T versicolor crescut sobre fusta

Filtre percolador amb T versicolor crescut sobre fusta

Microalgues Degradacioacute a

escala Erlenmeyer Fotobioreactor FBR

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 32: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

2010 20151985 1990 1995 2000 2005

Cronograma de los trabajos publicados en relacioacuten a biodegradacioacuten de contaminantes por hongos en medio liacutequido

Contaminantes emergentes

Pesticidas (DDT amp DDE)

PCBs HAPs Disolventes clorados

AR de produccioacuten Aceite de oliva

AR de la induacutestria del papel

Retardantes de llama (Bromados)

Faacutermacos

Filtros solares UV

Deteccioacuten faacutermacos en medio ambient

Colorantes sinteacuteticos Explosivos

TNT y nitroglicerina

AR de la industria textil

ASPECTOS GENERALES

A que se llama contaminantes emergentes

Productos considerados contaminantes actualmente pero no en el pasado presentes de forma constante en el medio ambiente a bajas concentraciones provocando problemas en el ecosistema y pendientes de ser regulados en un futuro proacuteximo

Entre ellos se incluyen los faacutermacos drogas de abuso productos asociados a la higiene y cuidado corporal retardantes de llama plaguicidashellip Caracteriacutesticas

alto consumo acumulacioacuten en el medio y organismos potencial disruptor endocrino toxicidadhellip

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

EDAR

Mezcla de ldquocontaminantes emergentesrdquo

metabolitos

substancias conjugadas

EXCRECIOacuteNVERTIDO

Retenidos en los lodos

inalterados

transformados

Mineralizados

Transformados

Inalterados

Presencia en aguas subterraneas superficiales y

sedimentos

Presencia en suelos

efluente

influente

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

bull 2005 la mayoriacutea de estudios realizados se centran en ndash Puesta a punto de meacutetodos analiacuteticos

ndash Deteccioacuten en aguas superficiales y subterraacuteneas

ndash Deteccioacuten en sistemas de tratamiento convencionales (EDARs)

ndash Deteccioacuten en efluentes de hospitales

bull Algunos estudios de degradacioacuten por bacterias en efluentes

bull Escasos (ninguno) estudios de degradacioacuten en lodos

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

HONGOS

Cual es el principal problema que presenta estudiar su degradacioacuten

Las bajas concentraciones en que se encuentran y el

hecho de estar en matrices muy complejas dificulta

su deteccioacuten y cuantificacioacuten

Aplicacioacuten en matrices liquidas y soacutelidas

Matrices liacutequidas

Aguas residuales de hospital

Aguas residuales de la Vila Universitaria

Concentrado de un proceso de membranas

Aguas de un hospital veterinario

Matrices solidas

Lodos de depuradoras urbanas

Lodos de reactor MBR

37 Verlicchi et al J hydrology 2010 also WST 2010

erythromycin (antibiotic)

Iopromide (ICM)

ifosfamide (cytostatic)

Ibuprofen (analgesic)

Glucose

Therapeutic classes contrast media (ICM) heavy metals in a hospital effluentndash Comparison with an urban effluent

Hospital effluent Mean value

Urban effluent Mean value

Degradacioacuten de faacutermacos modelo e identificacioacuten de productos de transformacioacuten en condiciones esteacuteriles

Nos permite demostrar que el hongo es

el responsable de la degradacioacuten

Tratamiento de efluentes reales en condiciones no esteacuteriles Cuantificacioacuten de la eliminacioacuten de faacutermacos y ecotoxicidad

Tratamiento de efluentes por hongos Degradacioacuten de faacutermacos

38

EXPERIMENTOS IN VIVO PARA CUANTIFICAR DEGRADACIOacuteN

EXPERIMENTOS PARA DETERMINAR EL PAPEL DE LOS ENZIMAS

- In vitro Lacasa comercial

- In vivo Inhibidores del citocrom P450 (1-aminobenzotriazole)

ESTUDIO DE LA TOXICIDAD (Microtox regTest )

- Bacteria bioluminescente V ficheri

- EC50 a los 15 min Concentracioacuten que disminuye la luz emitida por la bacteria al 50

- Cuanto mas alta sea la EC50 menor es la toxicidad

ANAgraveLISIS DE FAgraveRMACOS EXTRACCIOacuteN EN FASE SOacuteLIDA i HPLC

IDENTIFICACIOacuteN DE SUBPRODUCTOS Servei RMN-UAB

(Medio + contaminante) (Medio + contaminante+ hongo inactivado)

Adsorcioacuten Degradacioacuten miacutenima

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS INDIVIDUALES

EC50

50

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Control abioacutetico Control inactivado Experimental (Medio + contaminante+hongo activo)

Idaea-CSIC ICRA

Ketoprofeno

Eliminacioacute del 100

Metabolits hidroxilats

Perfil de concentracioacute de subproductes del ketoprofen

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS MODELO

IOPROMIDE degradation in Erlenmeyer flasks by

T versicolor pellets Time course degradation of Iopromide

added at approximately 12 mg L-1 Symbols non-inoculated controls ()

experimental cultures () heat-killed

controls () glucose () and laccase

activity (loz)

62 degradation is

observed after 7days of

exposure and remains

constant until the end of

the experiment

Toxicity by Microtox bioassay

Time EC50 ()

Non-biotic control 2

15min 2

8h 1

1d 43

4d 66

7d 87

12d 110

High toxicity at initial time

(EC50 2) Toxicity decreases

over time

Gros et al 2014 Water Research

Degradacioacuten de farmacos en aguas residuales

en bioreactor

CONDITIONS

Sterile effluent

No sterile

Batch

Continuous

Nutrients addition

Non-nutrients addition

Fluidized bed bioreactors 15

and 10 L

Air pulses

T versicolor in form of pellets

pH (45) and temperature (25ordmC)

control

MONITORING

Pharmaceuticals degradation

Acute toxicity (Microtox)

Laccase glucose etc

101

1-ep

oxyC

BZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Cipro

floxa

cin

50

100

150

200

250

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

Cef

alex

in

Ibup

rofe

n

Aceta

minop

hen

Azitro

micin

1

2

3

4

Ketop

rofe

n

Propr

anolol

Cita

lopr

am

Car

bamaz

epine

Acridon

e

Con

cen

tracioacute

(micro

g L

-1)

000

003

006

009

012

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS (Vila Universitaria de la UAB)

Tratamiento no esteril en batch

Eliminacioacuten completa del 70 de los faacutermacos detectados

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Comparacioacuten de la eliminacioacuten de los faacutermacos por el

hongo versus lodos activados (bibliografia)

Grup Fagravermac Concentracioacute

(microg L-1)

Eliminacioacute estegraveril

()

Eliminacioacute no estegraveril

()

Eliminacioacute per llots activats

() Analgegravesics Acetaminofen 387 100 100 82-99

Ibuprofen 1261 100 100 82-99 Ketoprofen lt048 35 100 lt50 Codeina 002 100 - lt82 Antibiogravetics Azitromicin 431 - 100 lt40

Ciprofloxacin 8471 - 35 50-96 (adsorcioacute) Cefalexin 059 - -51 96 β-blockers Propanolol 006 - 100 59-70 Psiquiatrics Carbamazepina 07 -37 Augmenta lt20 Augmenta

1011- epoxy CBZ 755 100 79 - 2-Hydroxy CBZ 1638 46 100 -

Acridone 101 100 Augmenta - Citalopram 01 100 100 -

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Porcentajes de eliminacioacuten superiores en el tratamiento por hongos

Problema cuantificacioacuten inicial de carbamazepina conjugacioacuten

Ace

tam

inop

hen

Ibup

rofen

Ket

opro

fen

Nap

roxe

n

Salicylic a

cid

Cod

eine

Phe

nazo

ne

Dex

amet

haso

ne

Diclofena

c

Piro

xica

m

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

500

1000

1500

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

50

Tratamiento no esteacuteril Analgeacutesicos

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

46

Cipro

floxa

cin

Oflo

xacin

Clarit

hrom

ycin

Sulfam

etho

xazo

le

Azith

rom

ycin

Met

ronida

zole

Met

ronida

zole-O

H

Trim

etho

prim

Dim

etrid

azole

Ron

idaz

ole

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

35

40

100

150

200

250

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Antibioacuteticos

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

101

1-ep

oxy

CBZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Car

bam

azep

ine

Acr

idon

e

Lora

zepa

m

Cita

lopr

am

Ven

lafaxine

Pra

vast

atin

Olanz

apine

Ser

tralin

e

Fluox

etine

Par

oxet

ine

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

000

025

050

075

100

400800

120016002000

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Faacutermacos de uso psiquiaacutetrico

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Ben

zotri

azole

OP2E

O

Eth

ylpa

rabe

n

Pro

pylpar

aben

BPA

OP

Con

cen

tration

(micro

g L

-1)

0

2

4

6

8

10

20

30

40

50

60

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Compuestos disruptores endocrinos

70 eliminacioacute

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Famiacutelia faacutermacos Tratamiento esteacuteril Tratamiento no esteacuteril

Carga inicial (microg)

Eliminacioacuten ()

Carga inicial (microg)

Eliminacioacute ()

Analgegravesics 1475 180 993 1511 179 988 Antibiogravetics 569 69 861 239 28 908 Cafeiumlna 757 92 79 1490 177 384 EDC 124 15 813 704 84 744 Iopromida 1046 128 755 4197 498 340 Altres fagravermacs 557 68 862 177 21 863 Psiquiagravetrics 3658 447 937 108 13 954 Cantidad total 8185 100 832 8427 100 533

Tratamiento adecuado para degradar faacutermacos en efluents de hospital

Siguiente objetivo Tratamiento en continuo de efluentes

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Fungal inoculated (I)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Non-inoculated (NI)

Non-sterile continuous

treatments of real effluents

VHW treatment

(

) Glucose concentration

(

) COD

(

) Laccase activity

(darr) Fungal biomass partial renovation

(mdash) Glucose addition rate

2 HRT studied

Decrease in laccase activity even with partial biomass renovation

Fungal inoculated (I)

Casas et al 2013 Env Technol 34 113

Glucose 026 g g DCW d

Ammonium 12 mg g DCW d

No glucose accumulation

Need for nutrients

Previous studies in synthetic

media and sterile conditions

CRT

Blaacutenquez et al 2006 Water Res 40 1650

CRT 21 days

13 biomass renovation every 7 days

CRT of 15 days

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Que es lo que sucede

Se muere el hongo aunque estamos renovando la

biomasa no hay suficiente hongo

No hay degradacioacuten

52

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

VHW treatment (2)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

NH4+ addition

PhACs removal

Fungal inoculated (I)

Non-inoculated (NI)

(

) Wastewater (Influent)

(

) Reactor effluent

The analyses have

been performed by

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Microbial community assessment (DGGE)

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Time

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Trametes versicolor

Candida spp

Fusarium solani

Unknown

T versicolor survived until the end of the treatment

laccase activity is not a good indicator

ESCENARIOS DE GESTIOacuteN DE EFLUENTES DE HOSPITAL

EDAR

No eliminacioacuten

de faacutermacos

Dilucioacuten en

el efluente

urbano

Aguas

urbanas

Fong

No eliminacioacuten

de DQO

Hongo Aguas

urbanas

EDAR

HOSPITAL

Srsquoha comprovat la capacitat de T versicolor per degradar fagravermacs

Badiacutea-Fabregat et al 2014 Rodriacuteguez-Rodriacuteguez et al 2014 Cruz-Moratoacute et al 2013

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Inconvenients al tractament drsquo

aiguumles drsquohospitals reals

- Necessitat drsquoaddicionar nutrients - Competegravencia amb bacteris

Possibles solucions Estrategravegies

- Pretractament de lrsquoefluent - Altres configuracions de reactors - Canvi en la font de carboni

Posada a punt del sistema TRH Relacioacute QRQL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

1 2 3

4

5

6

7

1 Tanc drsquoalimentacioacute 2 Tanc de mescla 3 Tanc drsquoeluents de

sortida 4 Bomba de recirculacioacute 5 Bioreactor 6 Entrada drsquoaire 7 Controlador de pH

TRH 3d

QL

QR

QL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

Desenvolupament processos

Efluent hospital

real (HWW)

Aiguumles residuals urbanes

(UWW)

Trametes versicolor

T versicolor crescut sobre fusta

Filtre percolador amb T versicolor crescut sobre fusta

Microalgues Degradacioacute a

escala Erlenmeyer Fotobioreactor FBR

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 33: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

A que se llama contaminantes emergentes

Productos considerados contaminantes actualmente pero no en el pasado presentes de forma constante en el medio ambiente a bajas concentraciones provocando problemas en el ecosistema y pendientes de ser regulados en un futuro proacuteximo

Entre ellos se incluyen los faacutermacos drogas de abuso productos asociados a la higiene y cuidado corporal retardantes de llama plaguicidashellip Caracteriacutesticas

alto consumo acumulacioacuten en el medio y organismos potencial disruptor endocrino toxicidadhellip

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

EDAR

Mezcla de ldquocontaminantes emergentesrdquo

metabolitos

substancias conjugadas

EXCRECIOacuteNVERTIDO

Retenidos en los lodos

inalterados

transformados

Mineralizados

Transformados

Inalterados

Presencia en aguas subterraneas superficiales y

sedimentos

Presencia en suelos

efluente

influente

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

bull 2005 la mayoriacutea de estudios realizados se centran en ndash Puesta a punto de meacutetodos analiacuteticos

ndash Deteccioacuten en aguas superficiales y subterraacuteneas

ndash Deteccioacuten en sistemas de tratamiento convencionales (EDARs)

ndash Deteccioacuten en efluentes de hospitales

bull Algunos estudios de degradacioacuten por bacterias en efluentes

bull Escasos (ninguno) estudios de degradacioacuten en lodos

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

HONGOS

Cual es el principal problema que presenta estudiar su degradacioacuten

Las bajas concentraciones en que se encuentran y el

hecho de estar en matrices muy complejas dificulta

su deteccioacuten y cuantificacioacuten

Aplicacioacuten en matrices liquidas y soacutelidas

Matrices liacutequidas

Aguas residuales de hospital

Aguas residuales de la Vila Universitaria

Concentrado de un proceso de membranas

Aguas de un hospital veterinario

Matrices solidas

Lodos de depuradoras urbanas

Lodos de reactor MBR

37 Verlicchi et al J hydrology 2010 also WST 2010

erythromycin (antibiotic)

Iopromide (ICM)

ifosfamide (cytostatic)

Ibuprofen (analgesic)

Glucose

Therapeutic classes contrast media (ICM) heavy metals in a hospital effluentndash Comparison with an urban effluent

Hospital effluent Mean value

Urban effluent Mean value

Degradacioacuten de faacutermacos modelo e identificacioacuten de productos de transformacioacuten en condiciones esteacuteriles

Nos permite demostrar que el hongo es

el responsable de la degradacioacuten

Tratamiento de efluentes reales en condiciones no esteacuteriles Cuantificacioacuten de la eliminacioacuten de faacutermacos y ecotoxicidad

Tratamiento de efluentes por hongos Degradacioacuten de faacutermacos

38

EXPERIMENTOS IN VIVO PARA CUANTIFICAR DEGRADACIOacuteN

EXPERIMENTOS PARA DETERMINAR EL PAPEL DE LOS ENZIMAS

- In vitro Lacasa comercial

- In vivo Inhibidores del citocrom P450 (1-aminobenzotriazole)

ESTUDIO DE LA TOXICIDAD (Microtox regTest )

- Bacteria bioluminescente V ficheri

- EC50 a los 15 min Concentracioacuten que disminuye la luz emitida por la bacteria al 50

- Cuanto mas alta sea la EC50 menor es la toxicidad

ANAgraveLISIS DE FAgraveRMACOS EXTRACCIOacuteN EN FASE SOacuteLIDA i HPLC

IDENTIFICACIOacuteN DE SUBPRODUCTOS Servei RMN-UAB

(Medio + contaminante) (Medio + contaminante+ hongo inactivado)

Adsorcioacuten Degradacioacuten miacutenima

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS INDIVIDUALES

EC50

50

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Control abioacutetico Control inactivado Experimental (Medio + contaminante+hongo activo)

Idaea-CSIC ICRA

Ketoprofeno

Eliminacioacute del 100

Metabolits hidroxilats

Perfil de concentracioacute de subproductes del ketoprofen

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS MODELO

IOPROMIDE degradation in Erlenmeyer flasks by

T versicolor pellets Time course degradation of Iopromide

added at approximately 12 mg L-1 Symbols non-inoculated controls ()

experimental cultures () heat-killed

controls () glucose () and laccase

activity (loz)

62 degradation is

observed after 7days of

exposure and remains

constant until the end of

the experiment

Toxicity by Microtox bioassay

Time EC50 ()

Non-biotic control 2

15min 2

8h 1

1d 43

4d 66

7d 87

12d 110

High toxicity at initial time

(EC50 2) Toxicity decreases

over time

Gros et al 2014 Water Research

Degradacioacuten de farmacos en aguas residuales

en bioreactor

CONDITIONS

Sterile effluent

No sterile

Batch

Continuous

Nutrients addition

Non-nutrients addition

Fluidized bed bioreactors 15

and 10 L

Air pulses

T versicolor in form of pellets

pH (45) and temperature (25ordmC)

control

MONITORING

Pharmaceuticals degradation

Acute toxicity (Microtox)

Laccase glucose etc

101

1-ep

oxyC

BZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Cipro

floxa

cin

50

100

150

200

250

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

Cef

alex

in

Ibup

rofe

n

Aceta

minop

hen

Azitro

micin

1

2

3

4

Ketop

rofe

n

Propr

anolol

Cita

lopr

am

Car

bamaz

epine

Acridon

e

Con

cen

tracioacute

(micro

g L

-1)

000

003

006

009

012

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS (Vila Universitaria de la UAB)

Tratamiento no esteril en batch

Eliminacioacuten completa del 70 de los faacutermacos detectados

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Comparacioacuten de la eliminacioacuten de los faacutermacos por el

hongo versus lodos activados (bibliografia)

Grup Fagravermac Concentracioacute

(microg L-1)

Eliminacioacute estegraveril

()

Eliminacioacute no estegraveril

()

Eliminacioacute per llots activats

() Analgegravesics Acetaminofen 387 100 100 82-99

Ibuprofen 1261 100 100 82-99 Ketoprofen lt048 35 100 lt50 Codeina 002 100 - lt82 Antibiogravetics Azitromicin 431 - 100 lt40

Ciprofloxacin 8471 - 35 50-96 (adsorcioacute) Cefalexin 059 - -51 96 β-blockers Propanolol 006 - 100 59-70 Psiquiatrics Carbamazepina 07 -37 Augmenta lt20 Augmenta

1011- epoxy CBZ 755 100 79 - 2-Hydroxy CBZ 1638 46 100 -

Acridone 101 100 Augmenta - Citalopram 01 100 100 -

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Porcentajes de eliminacioacuten superiores en el tratamiento por hongos

Problema cuantificacioacuten inicial de carbamazepina conjugacioacuten

Ace

tam

inop

hen

Ibup

rofen

Ket

opro

fen

Nap

roxe

n

Salicylic a

cid

Cod

eine

Phe

nazo

ne

Dex

amet

haso

ne

Diclofena

c

Piro

xica

m

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

500

1000

1500

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

50

Tratamiento no esteacuteril Analgeacutesicos

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

46

Cipro

floxa

cin

Oflo

xacin

Clarit

hrom

ycin

Sulfam

etho

xazo

le

Azith

rom

ycin

Met

ronida

zole

Met

ronida

zole-O

H

Trim

etho

prim

Dim

etrid

azole

Ron

idaz

ole

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

35

40

100

150

200

250

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Antibioacuteticos

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

101

1-ep

oxy

CBZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Car

bam

azep

ine

Acr

idon

e

Lora

zepa

m

Cita

lopr

am

Ven

lafaxine

Pra

vast

atin

Olanz

apine

Ser

tralin

e

Fluox

etine

Par

oxet

ine

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

000

025

050

075

100

400800

120016002000

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Faacutermacos de uso psiquiaacutetrico

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Ben

zotri

azole

OP2E

O

Eth

ylpa

rabe

n

Pro

pylpar

aben

BPA

OP

Con

cen

tration

(micro

g L

-1)

0

2

4

6

8

10

20

30

40

50

60

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Compuestos disruptores endocrinos

70 eliminacioacute

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Famiacutelia faacutermacos Tratamiento esteacuteril Tratamiento no esteacuteril

Carga inicial (microg)

Eliminacioacuten ()

Carga inicial (microg)

Eliminacioacute ()

Analgegravesics 1475 180 993 1511 179 988 Antibiogravetics 569 69 861 239 28 908 Cafeiumlna 757 92 79 1490 177 384 EDC 124 15 813 704 84 744 Iopromida 1046 128 755 4197 498 340 Altres fagravermacs 557 68 862 177 21 863 Psiquiagravetrics 3658 447 937 108 13 954 Cantidad total 8185 100 832 8427 100 533

Tratamiento adecuado para degradar faacutermacos en efluents de hospital

Siguiente objetivo Tratamiento en continuo de efluentes

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Fungal inoculated (I)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Non-inoculated (NI)

Non-sterile continuous

treatments of real effluents

VHW treatment

(

) Glucose concentration

(

) COD

(

) Laccase activity

(darr) Fungal biomass partial renovation

(mdash) Glucose addition rate

2 HRT studied

Decrease in laccase activity even with partial biomass renovation

Fungal inoculated (I)

Casas et al 2013 Env Technol 34 113

Glucose 026 g g DCW d

Ammonium 12 mg g DCW d

No glucose accumulation

Need for nutrients

Previous studies in synthetic

media and sterile conditions

CRT

Blaacutenquez et al 2006 Water Res 40 1650

CRT 21 days

13 biomass renovation every 7 days

CRT of 15 days

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Que es lo que sucede

Se muere el hongo aunque estamos renovando la

biomasa no hay suficiente hongo

No hay degradacioacuten

52

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

VHW treatment (2)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

NH4+ addition

PhACs removal

Fungal inoculated (I)

Non-inoculated (NI)

(

) Wastewater (Influent)

(

) Reactor effluent

The analyses have

been performed by

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Microbial community assessment (DGGE)

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Time

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Trametes versicolor

Candida spp

Fusarium solani

Unknown

T versicolor survived until the end of the treatment

laccase activity is not a good indicator

ESCENARIOS DE GESTIOacuteN DE EFLUENTES DE HOSPITAL

EDAR

No eliminacioacuten

de faacutermacos

Dilucioacuten en

el efluente

urbano

Aguas

urbanas

Fong

No eliminacioacuten

de DQO

Hongo Aguas

urbanas

EDAR

HOSPITAL

Srsquoha comprovat la capacitat de T versicolor per degradar fagravermacs

Badiacutea-Fabregat et al 2014 Rodriacuteguez-Rodriacuteguez et al 2014 Cruz-Moratoacute et al 2013

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Inconvenients al tractament drsquo

aiguumles drsquohospitals reals

- Necessitat drsquoaddicionar nutrients - Competegravencia amb bacteris

Possibles solucions Estrategravegies

- Pretractament de lrsquoefluent - Altres configuracions de reactors - Canvi en la font de carboni

Posada a punt del sistema TRH Relacioacute QRQL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

1 2 3

4

5

6

7

1 Tanc drsquoalimentacioacute 2 Tanc de mescla 3 Tanc drsquoeluents de

sortida 4 Bomba de recirculacioacute 5 Bioreactor 6 Entrada drsquoaire 7 Controlador de pH

TRH 3d

QL

QR

QL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

Desenvolupament processos

Efluent hospital

real (HWW)

Aiguumles residuals urbanes

(UWW)

Trametes versicolor

T versicolor crescut sobre fusta

Filtre percolador amb T versicolor crescut sobre fusta

Microalgues Degradacioacute a

escala Erlenmeyer Fotobioreactor FBR

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 34: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

EDAR

Mezcla de ldquocontaminantes emergentesrdquo

metabolitos

substancias conjugadas

EXCRECIOacuteNVERTIDO

Retenidos en los lodos

inalterados

transformados

Mineralizados

Transformados

Inalterados

Presencia en aguas subterraneas superficiales y

sedimentos

Presencia en suelos

efluente

influente

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

bull 2005 la mayoriacutea de estudios realizados se centran en ndash Puesta a punto de meacutetodos analiacuteticos

ndash Deteccioacuten en aguas superficiales y subterraacuteneas

ndash Deteccioacuten en sistemas de tratamiento convencionales (EDARs)

ndash Deteccioacuten en efluentes de hospitales

bull Algunos estudios de degradacioacuten por bacterias en efluentes

bull Escasos (ninguno) estudios de degradacioacuten en lodos

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

HONGOS

Cual es el principal problema que presenta estudiar su degradacioacuten

Las bajas concentraciones en que se encuentran y el

hecho de estar en matrices muy complejas dificulta

su deteccioacuten y cuantificacioacuten

Aplicacioacuten en matrices liquidas y soacutelidas

Matrices liacutequidas

Aguas residuales de hospital

Aguas residuales de la Vila Universitaria

Concentrado de un proceso de membranas

Aguas de un hospital veterinario

Matrices solidas

Lodos de depuradoras urbanas

Lodos de reactor MBR

37 Verlicchi et al J hydrology 2010 also WST 2010

erythromycin (antibiotic)

Iopromide (ICM)

ifosfamide (cytostatic)

Ibuprofen (analgesic)

Glucose

Therapeutic classes contrast media (ICM) heavy metals in a hospital effluentndash Comparison with an urban effluent

Hospital effluent Mean value

Urban effluent Mean value

Degradacioacuten de faacutermacos modelo e identificacioacuten de productos de transformacioacuten en condiciones esteacuteriles

Nos permite demostrar que el hongo es

el responsable de la degradacioacuten

Tratamiento de efluentes reales en condiciones no esteacuteriles Cuantificacioacuten de la eliminacioacuten de faacutermacos y ecotoxicidad

Tratamiento de efluentes por hongos Degradacioacuten de faacutermacos

38

EXPERIMENTOS IN VIVO PARA CUANTIFICAR DEGRADACIOacuteN

EXPERIMENTOS PARA DETERMINAR EL PAPEL DE LOS ENZIMAS

- In vitro Lacasa comercial

- In vivo Inhibidores del citocrom P450 (1-aminobenzotriazole)

ESTUDIO DE LA TOXICIDAD (Microtox regTest )

- Bacteria bioluminescente V ficheri

- EC50 a los 15 min Concentracioacuten que disminuye la luz emitida por la bacteria al 50

- Cuanto mas alta sea la EC50 menor es la toxicidad

ANAgraveLISIS DE FAgraveRMACOS EXTRACCIOacuteN EN FASE SOacuteLIDA i HPLC

IDENTIFICACIOacuteN DE SUBPRODUCTOS Servei RMN-UAB

(Medio + contaminante) (Medio + contaminante+ hongo inactivado)

Adsorcioacuten Degradacioacuten miacutenima

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS INDIVIDUALES

EC50

50

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Control abioacutetico Control inactivado Experimental (Medio + contaminante+hongo activo)

Idaea-CSIC ICRA

Ketoprofeno

Eliminacioacute del 100

Metabolits hidroxilats

Perfil de concentracioacute de subproductes del ketoprofen

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS MODELO

IOPROMIDE degradation in Erlenmeyer flasks by

T versicolor pellets Time course degradation of Iopromide

added at approximately 12 mg L-1 Symbols non-inoculated controls ()

experimental cultures () heat-killed

controls () glucose () and laccase

activity (loz)

62 degradation is

observed after 7days of

exposure and remains

constant until the end of

the experiment

Toxicity by Microtox bioassay

Time EC50 ()

Non-biotic control 2

15min 2

8h 1

1d 43

4d 66

7d 87

12d 110

High toxicity at initial time

(EC50 2) Toxicity decreases

over time

Gros et al 2014 Water Research

Degradacioacuten de farmacos en aguas residuales

en bioreactor

CONDITIONS

Sterile effluent

No sterile

Batch

Continuous

Nutrients addition

Non-nutrients addition

Fluidized bed bioreactors 15

and 10 L

Air pulses

T versicolor in form of pellets

pH (45) and temperature (25ordmC)

control

MONITORING

Pharmaceuticals degradation

Acute toxicity (Microtox)

Laccase glucose etc

101

1-ep

oxyC

BZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Cipro

floxa

cin

50

100

150

200

250

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

Cef

alex

in

Ibup

rofe

n

Aceta

minop

hen

Azitro

micin

1

2

3

4

Ketop

rofe

n

Propr

anolol

Cita

lopr

am

Car

bamaz

epine

Acridon

e

Con

cen

tracioacute

(micro

g L

-1)

000

003

006

009

012

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS (Vila Universitaria de la UAB)

Tratamiento no esteril en batch

Eliminacioacuten completa del 70 de los faacutermacos detectados

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Comparacioacuten de la eliminacioacuten de los faacutermacos por el

hongo versus lodos activados (bibliografia)

Grup Fagravermac Concentracioacute

(microg L-1)

Eliminacioacute estegraveril

()

Eliminacioacute no estegraveril

()

Eliminacioacute per llots activats

() Analgegravesics Acetaminofen 387 100 100 82-99

Ibuprofen 1261 100 100 82-99 Ketoprofen lt048 35 100 lt50 Codeina 002 100 - lt82 Antibiogravetics Azitromicin 431 - 100 lt40

Ciprofloxacin 8471 - 35 50-96 (adsorcioacute) Cefalexin 059 - -51 96 β-blockers Propanolol 006 - 100 59-70 Psiquiatrics Carbamazepina 07 -37 Augmenta lt20 Augmenta

1011- epoxy CBZ 755 100 79 - 2-Hydroxy CBZ 1638 46 100 -

Acridone 101 100 Augmenta - Citalopram 01 100 100 -

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Porcentajes de eliminacioacuten superiores en el tratamiento por hongos

Problema cuantificacioacuten inicial de carbamazepina conjugacioacuten

Ace

tam

inop

hen

Ibup

rofen

Ket

opro

fen

Nap

roxe

n

Salicylic a

cid

Cod

eine

Phe

nazo

ne

Dex

amet

haso

ne

Diclofena

c

Piro

xica

m

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

500

1000

1500

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

50

Tratamiento no esteacuteril Analgeacutesicos

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

46

Cipro

floxa

cin

Oflo

xacin

Clarit

hrom

ycin

Sulfam

etho

xazo

le

Azith

rom

ycin

Met

ronida

zole

Met

ronida

zole-O

H

Trim

etho

prim

Dim

etrid

azole

Ron

idaz

ole

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

35

40

100

150

200

250

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Antibioacuteticos

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

101

1-ep

oxy

CBZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Car

bam

azep

ine

Acr

idon

e

Lora

zepa

m

Cita

lopr

am

Ven

lafaxine

Pra

vast

atin

Olanz

apine

Ser

tralin

e

Fluox

etine

Par

oxet

ine

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

000

025

050

075

100

400800

120016002000

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Faacutermacos de uso psiquiaacutetrico

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Ben

zotri

azole

OP2E

O

Eth

ylpa

rabe

n

Pro

pylpar

aben

BPA

OP

Con

cen

tration

(micro

g L

-1)

0

2

4

6

8

10

20

30

40

50

60

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Compuestos disruptores endocrinos

70 eliminacioacute

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Famiacutelia faacutermacos Tratamiento esteacuteril Tratamiento no esteacuteril

Carga inicial (microg)

Eliminacioacuten ()

Carga inicial (microg)

Eliminacioacute ()

Analgegravesics 1475 180 993 1511 179 988 Antibiogravetics 569 69 861 239 28 908 Cafeiumlna 757 92 79 1490 177 384 EDC 124 15 813 704 84 744 Iopromida 1046 128 755 4197 498 340 Altres fagravermacs 557 68 862 177 21 863 Psiquiagravetrics 3658 447 937 108 13 954 Cantidad total 8185 100 832 8427 100 533

Tratamiento adecuado para degradar faacutermacos en efluents de hospital

Siguiente objetivo Tratamiento en continuo de efluentes

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Fungal inoculated (I)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Non-inoculated (NI)

Non-sterile continuous

treatments of real effluents

VHW treatment

(

) Glucose concentration

(

) COD

(

) Laccase activity

(darr) Fungal biomass partial renovation

(mdash) Glucose addition rate

2 HRT studied

Decrease in laccase activity even with partial biomass renovation

Fungal inoculated (I)

Casas et al 2013 Env Technol 34 113

Glucose 026 g g DCW d

Ammonium 12 mg g DCW d

No glucose accumulation

Need for nutrients

Previous studies in synthetic

media and sterile conditions

CRT

Blaacutenquez et al 2006 Water Res 40 1650

CRT 21 days

13 biomass renovation every 7 days

CRT of 15 days

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Que es lo que sucede

Se muere el hongo aunque estamos renovando la

biomasa no hay suficiente hongo

No hay degradacioacuten

52

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

VHW treatment (2)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

NH4+ addition

PhACs removal

Fungal inoculated (I)

Non-inoculated (NI)

(

) Wastewater (Influent)

(

) Reactor effluent

The analyses have

been performed by

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Microbial community assessment (DGGE)

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Time

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Trametes versicolor

Candida spp

Fusarium solani

Unknown

T versicolor survived until the end of the treatment

laccase activity is not a good indicator

ESCENARIOS DE GESTIOacuteN DE EFLUENTES DE HOSPITAL

EDAR

No eliminacioacuten

de faacutermacos

Dilucioacuten en

el efluente

urbano

Aguas

urbanas

Fong

No eliminacioacuten

de DQO

Hongo Aguas

urbanas

EDAR

HOSPITAL

Srsquoha comprovat la capacitat de T versicolor per degradar fagravermacs

Badiacutea-Fabregat et al 2014 Rodriacuteguez-Rodriacuteguez et al 2014 Cruz-Moratoacute et al 2013

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Inconvenients al tractament drsquo

aiguumles drsquohospitals reals

- Necessitat drsquoaddicionar nutrients - Competegravencia amb bacteris

Possibles solucions Estrategravegies

- Pretractament de lrsquoefluent - Altres configuracions de reactors - Canvi en la font de carboni

Posada a punt del sistema TRH Relacioacute QRQL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

1 2 3

4

5

6

7

1 Tanc drsquoalimentacioacute 2 Tanc de mescla 3 Tanc drsquoeluents de

sortida 4 Bomba de recirculacioacute 5 Bioreactor 6 Entrada drsquoaire 7 Controlador de pH

TRH 3d

QL

QR

QL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

Desenvolupament processos

Efluent hospital

real (HWW)

Aiguumles residuals urbanes

(UWW)

Trametes versicolor

T versicolor crescut sobre fusta

Filtre percolador amb T versicolor crescut sobre fusta

Microalgues Degradacioacute a

escala Erlenmeyer Fotobioreactor FBR

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 35: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

bull 2005 la mayoriacutea de estudios realizados se centran en ndash Puesta a punto de meacutetodos analiacuteticos

ndash Deteccioacuten en aguas superficiales y subterraacuteneas

ndash Deteccioacuten en sistemas de tratamiento convencionales (EDARs)

ndash Deteccioacuten en efluentes de hospitales

bull Algunos estudios de degradacioacuten por bacterias en efluentes

bull Escasos (ninguno) estudios de degradacioacuten en lodos

DEGRADACIOacuteN DE CONTAMINANTES EMERGENTES

HONGOS

Cual es el principal problema que presenta estudiar su degradacioacuten

Las bajas concentraciones en que se encuentran y el

hecho de estar en matrices muy complejas dificulta

su deteccioacuten y cuantificacioacuten

Aplicacioacuten en matrices liquidas y soacutelidas

Matrices liacutequidas

Aguas residuales de hospital

Aguas residuales de la Vila Universitaria

Concentrado de un proceso de membranas

Aguas de un hospital veterinario

Matrices solidas

Lodos de depuradoras urbanas

Lodos de reactor MBR

37 Verlicchi et al J hydrology 2010 also WST 2010

erythromycin (antibiotic)

Iopromide (ICM)

ifosfamide (cytostatic)

Ibuprofen (analgesic)

Glucose

Therapeutic classes contrast media (ICM) heavy metals in a hospital effluentndash Comparison with an urban effluent

Hospital effluent Mean value

Urban effluent Mean value

Degradacioacuten de faacutermacos modelo e identificacioacuten de productos de transformacioacuten en condiciones esteacuteriles

Nos permite demostrar que el hongo es

el responsable de la degradacioacuten

Tratamiento de efluentes reales en condiciones no esteacuteriles Cuantificacioacuten de la eliminacioacuten de faacutermacos y ecotoxicidad

Tratamiento de efluentes por hongos Degradacioacuten de faacutermacos

38

EXPERIMENTOS IN VIVO PARA CUANTIFICAR DEGRADACIOacuteN

EXPERIMENTOS PARA DETERMINAR EL PAPEL DE LOS ENZIMAS

- In vitro Lacasa comercial

- In vivo Inhibidores del citocrom P450 (1-aminobenzotriazole)

ESTUDIO DE LA TOXICIDAD (Microtox regTest )

- Bacteria bioluminescente V ficheri

- EC50 a los 15 min Concentracioacuten que disminuye la luz emitida por la bacteria al 50

- Cuanto mas alta sea la EC50 menor es la toxicidad

ANAgraveLISIS DE FAgraveRMACOS EXTRACCIOacuteN EN FASE SOacuteLIDA i HPLC

IDENTIFICACIOacuteN DE SUBPRODUCTOS Servei RMN-UAB

(Medio + contaminante) (Medio + contaminante+ hongo inactivado)

Adsorcioacuten Degradacioacuten miacutenima

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS INDIVIDUALES

EC50

50

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Control abioacutetico Control inactivado Experimental (Medio + contaminante+hongo activo)

Idaea-CSIC ICRA

Ketoprofeno

Eliminacioacute del 100

Metabolits hidroxilats

Perfil de concentracioacute de subproductes del ketoprofen

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS MODELO

IOPROMIDE degradation in Erlenmeyer flasks by

T versicolor pellets Time course degradation of Iopromide

added at approximately 12 mg L-1 Symbols non-inoculated controls ()

experimental cultures () heat-killed

controls () glucose () and laccase

activity (loz)

62 degradation is

observed after 7days of

exposure and remains

constant until the end of

the experiment

Toxicity by Microtox bioassay

Time EC50 ()

Non-biotic control 2

15min 2

8h 1

1d 43

4d 66

7d 87

12d 110

High toxicity at initial time

(EC50 2) Toxicity decreases

over time

Gros et al 2014 Water Research

Degradacioacuten de farmacos en aguas residuales

en bioreactor

CONDITIONS

Sterile effluent

No sterile

Batch

Continuous

Nutrients addition

Non-nutrients addition

Fluidized bed bioreactors 15

and 10 L

Air pulses

T versicolor in form of pellets

pH (45) and temperature (25ordmC)

control

MONITORING

Pharmaceuticals degradation

Acute toxicity (Microtox)

Laccase glucose etc

101

1-ep

oxyC

BZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Cipro

floxa

cin

50

100

150

200

250

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

Cef

alex

in

Ibup

rofe

n

Aceta

minop

hen

Azitro

micin

1

2

3

4

Ketop

rofe

n

Propr

anolol

Cita

lopr

am

Car

bamaz

epine

Acridon

e

Con

cen

tracioacute

(micro

g L

-1)

000

003

006

009

012

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS (Vila Universitaria de la UAB)

Tratamiento no esteril en batch

Eliminacioacuten completa del 70 de los faacutermacos detectados

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Comparacioacuten de la eliminacioacuten de los faacutermacos por el

hongo versus lodos activados (bibliografia)

Grup Fagravermac Concentracioacute

(microg L-1)

Eliminacioacute estegraveril

()

Eliminacioacute no estegraveril

()

Eliminacioacute per llots activats

() Analgegravesics Acetaminofen 387 100 100 82-99

Ibuprofen 1261 100 100 82-99 Ketoprofen lt048 35 100 lt50 Codeina 002 100 - lt82 Antibiogravetics Azitromicin 431 - 100 lt40

Ciprofloxacin 8471 - 35 50-96 (adsorcioacute) Cefalexin 059 - -51 96 β-blockers Propanolol 006 - 100 59-70 Psiquiatrics Carbamazepina 07 -37 Augmenta lt20 Augmenta

1011- epoxy CBZ 755 100 79 - 2-Hydroxy CBZ 1638 46 100 -

Acridone 101 100 Augmenta - Citalopram 01 100 100 -

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Porcentajes de eliminacioacuten superiores en el tratamiento por hongos

Problema cuantificacioacuten inicial de carbamazepina conjugacioacuten

Ace

tam

inop

hen

Ibup

rofen

Ket

opro

fen

Nap

roxe

n

Salicylic a

cid

Cod

eine

Phe

nazo

ne

Dex

amet

haso

ne

Diclofena

c

Piro

xica

m

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

500

1000

1500

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

50

Tratamiento no esteacuteril Analgeacutesicos

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

46

Cipro

floxa

cin

Oflo

xacin

Clarit

hrom

ycin

Sulfam

etho

xazo

le

Azith

rom

ycin

Met

ronida

zole

Met

ronida

zole-O

H

Trim

etho

prim

Dim

etrid

azole

Ron

idaz

ole

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

35

40

100

150

200

250

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Antibioacuteticos

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

101

1-ep

oxy

CBZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Car

bam

azep

ine

Acr

idon

e

Lora

zepa

m

Cita

lopr

am

Ven

lafaxine

Pra

vast

atin

Olanz

apine

Ser

tralin

e

Fluox

etine

Par

oxet

ine

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

000

025

050

075

100

400800

120016002000

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Faacutermacos de uso psiquiaacutetrico

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Ben

zotri

azole

OP2E

O

Eth

ylpa

rabe

n

Pro

pylpar

aben

BPA

OP

Con

cen

tration

(micro

g L

-1)

0

2

4

6

8

10

20

30

40

50

60

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Compuestos disruptores endocrinos

70 eliminacioacute

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Famiacutelia faacutermacos Tratamiento esteacuteril Tratamiento no esteacuteril

Carga inicial (microg)

Eliminacioacuten ()

Carga inicial (microg)

Eliminacioacute ()

Analgegravesics 1475 180 993 1511 179 988 Antibiogravetics 569 69 861 239 28 908 Cafeiumlna 757 92 79 1490 177 384 EDC 124 15 813 704 84 744 Iopromida 1046 128 755 4197 498 340 Altres fagravermacs 557 68 862 177 21 863 Psiquiagravetrics 3658 447 937 108 13 954 Cantidad total 8185 100 832 8427 100 533

Tratamiento adecuado para degradar faacutermacos en efluents de hospital

Siguiente objetivo Tratamiento en continuo de efluentes

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Fungal inoculated (I)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Non-inoculated (NI)

Non-sterile continuous

treatments of real effluents

VHW treatment

(

) Glucose concentration

(

) COD

(

) Laccase activity

(darr) Fungal biomass partial renovation

(mdash) Glucose addition rate

2 HRT studied

Decrease in laccase activity even with partial biomass renovation

Fungal inoculated (I)

Casas et al 2013 Env Technol 34 113

Glucose 026 g g DCW d

Ammonium 12 mg g DCW d

No glucose accumulation

Need for nutrients

Previous studies in synthetic

media and sterile conditions

CRT

Blaacutenquez et al 2006 Water Res 40 1650

CRT 21 days

13 biomass renovation every 7 days

CRT of 15 days

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Que es lo que sucede

Se muere el hongo aunque estamos renovando la

biomasa no hay suficiente hongo

No hay degradacioacuten

52

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

VHW treatment (2)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

NH4+ addition

PhACs removal

Fungal inoculated (I)

Non-inoculated (NI)

(

) Wastewater (Influent)

(

) Reactor effluent

The analyses have

been performed by

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Microbial community assessment (DGGE)

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Time

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Trametes versicolor

Candida spp

Fusarium solani

Unknown

T versicolor survived until the end of the treatment

laccase activity is not a good indicator

ESCENARIOS DE GESTIOacuteN DE EFLUENTES DE HOSPITAL

EDAR

No eliminacioacuten

de faacutermacos

Dilucioacuten en

el efluente

urbano

Aguas

urbanas

Fong

No eliminacioacuten

de DQO

Hongo Aguas

urbanas

EDAR

HOSPITAL

Srsquoha comprovat la capacitat de T versicolor per degradar fagravermacs

Badiacutea-Fabregat et al 2014 Rodriacuteguez-Rodriacuteguez et al 2014 Cruz-Moratoacute et al 2013

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Inconvenients al tractament drsquo

aiguumles drsquohospitals reals

- Necessitat drsquoaddicionar nutrients - Competegravencia amb bacteris

Possibles solucions Estrategravegies

- Pretractament de lrsquoefluent - Altres configuracions de reactors - Canvi en la font de carboni

Posada a punt del sistema TRH Relacioacute QRQL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

1 2 3

4

5

6

7

1 Tanc drsquoalimentacioacute 2 Tanc de mescla 3 Tanc drsquoeluents de

sortida 4 Bomba de recirculacioacute 5 Bioreactor 6 Entrada drsquoaire 7 Controlador de pH

TRH 3d

QL

QR

QL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

Desenvolupament processos

Efluent hospital

real (HWW)

Aiguumles residuals urbanes

(UWW)

Trametes versicolor

T versicolor crescut sobre fusta

Filtre percolador amb T versicolor crescut sobre fusta

Microalgues Degradacioacute a

escala Erlenmeyer Fotobioreactor FBR

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 36: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

Aplicacioacuten en matrices liquidas y soacutelidas

Matrices liacutequidas

Aguas residuales de hospital

Aguas residuales de la Vila Universitaria

Concentrado de un proceso de membranas

Aguas de un hospital veterinario

Matrices solidas

Lodos de depuradoras urbanas

Lodos de reactor MBR

37 Verlicchi et al J hydrology 2010 also WST 2010

erythromycin (antibiotic)

Iopromide (ICM)

ifosfamide (cytostatic)

Ibuprofen (analgesic)

Glucose

Therapeutic classes contrast media (ICM) heavy metals in a hospital effluentndash Comparison with an urban effluent

Hospital effluent Mean value

Urban effluent Mean value

Degradacioacuten de faacutermacos modelo e identificacioacuten de productos de transformacioacuten en condiciones esteacuteriles

Nos permite demostrar que el hongo es

el responsable de la degradacioacuten

Tratamiento de efluentes reales en condiciones no esteacuteriles Cuantificacioacuten de la eliminacioacuten de faacutermacos y ecotoxicidad

Tratamiento de efluentes por hongos Degradacioacuten de faacutermacos

38

EXPERIMENTOS IN VIVO PARA CUANTIFICAR DEGRADACIOacuteN

EXPERIMENTOS PARA DETERMINAR EL PAPEL DE LOS ENZIMAS

- In vitro Lacasa comercial

- In vivo Inhibidores del citocrom P450 (1-aminobenzotriazole)

ESTUDIO DE LA TOXICIDAD (Microtox regTest )

- Bacteria bioluminescente V ficheri

- EC50 a los 15 min Concentracioacuten que disminuye la luz emitida por la bacteria al 50

- Cuanto mas alta sea la EC50 menor es la toxicidad

ANAgraveLISIS DE FAgraveRMACOS EXTRACCIOacuteN EN FASE SOacuteLIDA i HPLC

IDENTIFICACIOacuteN DE SUBPRODUCTOS Servei RMN-UAB

(Medio + contaminante) (Medio + contaminante+ hongo inactivado)

Adsorcioacuten Degradacioacuten miacutenima

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS INDIVIDUALES

EC50

50

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Control abioacutetico Control inactivado Experimental (Medio + contaminante+hongo activo)

Idaea-CSIC ICRA

Ketoprofeno

Eliminacioacute del 100

Metabolits hidroxilats

Perfil de concentracioacute de subproductes del ketoprofen

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS MODELO

IOPROMIDE degradation in Erlenmeyer flasks by

T versicolor pellets Time course degradation of Iopromide

added at approximately 12 mg L-1 Symbols non-inoculated controls ()

experimental cultures () heat-killed

controls () glucose () and laccase

activity (loz)

62 degradation is

observed after 7days of

exposure and remains

constant until the end of

the experiment

Toxicity by Microtox bioassay

Time EC50 ()

Non-biotic control 2

15min 2

8h 1

1d 43

4d 66

7d 87

12d 110

High toxicity at initial time

(EC50 2) Toxicity decreases

over time

Gros et al 2014 Water Research

Degradacioacuten de farmacos en aguas residuales

en bioreactor

CONDITIONS

Sterile effluent

No sterile

Batch

Continuous

Nutrients addition

Non-nutrients addition

Fluidized bed bioreactors 15

and 10 L

Air pulses

T versicolor in form of pellets

pH (45) and temperature (25ordmC)

control

MONITORING

Pharmaceuticals degradation

Acute toxicity (Microtox)

Laccase glucose etc

101

1-ep

oxyC

BZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Cipro

floxa

cin

50

100

150

200

250

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

Cef

alex

in

Ibup

rofe

n

Aceta

minop

hen

Azitro

micin

1

2

3

4

Ketop

rofe

n

Propr

anolol

Cita

lopr

am

Car

bamaz

epine

Acridon

e

Con

cen

tracioacute

(micro

g L

-1)

000

003

006

009

012

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS (Vila Universitaria de la UAB)

Tratamiento no esteril en batch

Eliminacioacuten completa del 70 de los faacutermacos detectados

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Comparacioacuten de la eliminacioacuten de los faacutermacos por el

hongo versus lodos activados (bibliografia)

Grup Fagravermac Concentracioacute

(microg L-1)

Eliminacioacute estegraveril

()

Eliminacioacute no estegraveril

()

Eliminacioacute per llots activats

() Analgegravesics Acetaminofen 387 100 100 82-99

Ibuprofen 1261 100 100 82-99 Ketoprofen lt048 35 100 lt50 Codeina 002 100 - lt82 Antibiogravetics Azitromicin 431 - 100 lt40

Ciprofloxacin 8471 - 35 50-96 (adsorcioacute) Cefalexin 059 - -51 96 β-blockers Propanolol 006 - 100 59-70 Psiquiatrics Carbamazepina 07 -37 Augmenta lt20 Augmenta

1011- epoxy CBZ 755 100 79 - 2-Hydroxy CBZ 1638 46 100 -

Acridone 101 100 Augmenta - Citalopram 01 100 100 -

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Porcentajes de eliminacioacuten superiores en el tratamiento por hongos

Problema cuantificacioacuten inicial de carbamazepina conjugacioacuten

Ace

tam

inop

hen

Ibup

rofen

Ket

opro

fen

Nap

roxe

n

Salicylic a

cid

Cod

eine

Phe

nazo

ne

Dex

amet

haso

ne

Diclofena

c

Piro

xica

m

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

500

1000

1500

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

50

Tratamiento no esteacuteril Analgeacutesicos

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

46

Cipro

floxa

cin

Oflo

xacin

Clarit

hrom

ycin

Sulfam

etho

xazo

le

Azith

rom

ycin

Met

ronida

zole

Met

ronida

zole-O

H

Trim

etho

prim

Dim

etrid

azole

Ron

idaz

ole

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

35

40

100

150

200

250

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Antibioacuteticos

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

101

1-ep

oxy

CBZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Car

bam

azep

ine

Acr

idon

e

Lora

zepa

m

Cita

lopr

am

Ven

lafaxine

Pra

vast

atin

Olanz

apine

Ser

tralin

e

Fluox

etine

Par

oxet

ine

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

000

025

050

075

100

400800

120016002000

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Faacutermacos de uso psiquiaacutetrico

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Ben

zotri

azole

OP2E

O

Eth

ylpa

rabe

n

Pro

pylpar

aben

BPA

OP

Con

cen

tration

(micro

g L

-1)

0

2

4

6

8

10

20

30

40

50

60

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Compuestos disruptores endocrinos

70 eliminacioacute

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Famiacutelia faacutermacos Tratamiento esteacuteril Tratamiento no esteacuteril

Carga inicial (microg)

Eliminacioacuten ()

Carga inicial (microg)

Eliminacioacute ()

Analgegravesics 1475 180 993 1511 179 988 Antibiogravetics 569 69 861 239 28 908 Cafeiumlna 757 92 79 1490 177 384 EDC 124 15 813 704 84 744 Iopromida 1046 128 755 4197 498 340 Altres fagravermacs 557 68 862 177 21 863 Psiquiagravetrics 3658 447 937 108 13 954 Cantidad total 8185 100 832 8427 100 533

Tratamiento adecuado para degradar faacutermacos en efluents de hospital

Siguiente objetivo Tratamiento en continuo de efluentes

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Fungal inoculated (I)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Non-inoculated (NI)

Non-sterile continuous

treatments of real effluents

VHW treatment

(

) Glucose concentration

(

) COD

(

) Laccase activity

(darr) Fungal biomass partial renovation

(mdash) Glucose addition rate

2 HRT studied

Decrease in laccase activity even with partial biomass renovation

Fungal inoculated (I)

Casas et al 2013 Env Technol 34 113

Glucose 026 g g DCW d

Ammonium 12 mg g DCW d

No glucose accumulation

Need for nutrients

Previous studies in synthetic

media and sterile conditions

CRT

Blaacutenquez et al 2006 Water Res 40 1650

CRT 21 days

13 biomass renovation every 7 days

CRT of 15 days

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Que es lo que sucede

Se muere el hongo aunque estamos renovando la

biomasa no hay suficiente hongo

No hay degradacioacuten

52

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

VHW treatment (2)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

NH4+ addition

PhACs removal

Fungal inoculated (I)

Non-inoculated (NI)

(

) Wastewater (Influent)

(

) Reactor effluent

The analyses have

been performed by

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Microbial community assessment (DGGE)

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Time

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Trametes versicolor

Candida spp

Fusarium solani

Unknown

T versicolor survived until the end of the treatment

laccase activity is not a good indicator

ESCENARIOS DE GESTIOacuteN DE EFLUENTES DE HOSPITAL

EDAR

No eliminacioacuten

de faacutermacos

Dilucioacuten en

el efluente

urbano

Aguas

urbanas

Fong

No eliminacioacuten

de DQO

Hongo Aguas

urbanas

EDAR

HOSPITAL

Srsquoha comprovat la capacitat de T versicolor per degradar fagravermacs

Badiacutea-Fabregat et al 2014 Rodriacuteguez-Rodriacuteguez et al 2014 Cruz-Moratoacute et al 2013

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Inconvenients al tractament drsquo

aiguumles drsquohospitals reals

- Necessitat drsquoaddicionar nutrients - Competegravencia amb bacteris

Possibles solucions Estrategravegies

- Pretractament de lrsquoefluent - Altres configuracions de reactors - Canvi en la font de carboni

Posada a punt del sistema TRH Relacioacute QRQL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

1 2 3

4

5

6

7

1 Tanc drsquoalimentacioacute 2 Tanc de mescla 3 Tanc drsquoeluents de

sortida 4 Bomba de recirculacioacute 5 Bioreactor 6 Entrada drsquoaire 7 Controlador de pH

TRH 3d

QL

QR

QL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

Desenvolupament processos

Efluent hospital

real (HWW)

Aiguumles residuals urbanes

(UWW)

Trametes versicolor

T versicolor crescut sobre fusta

Filtre percolador amb T versicolor crescut sobre fusta

Microalgues Degradacioacute a

escala Erlenmeyer Fotobioreactor FBR

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 37: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

37 Verlicchi et al J hydrology 2010 also WST 2010

erythromycin (antibiotic)

Iopromide (ICM)

ifosfamide (cytostatic)

Ibuprofen (analgesic)

Glucose

Therapeutic classes contrast media (ICM) heavy metals in a hospital effluentndash Comparison with an urban effluent

Hospital effluent Mean value

Urban effluent Mean value

Degradacioacuten de faacutermacos modelo e identificacioacuten de productos de transformacioacuten en condiciones esteacuteriles

Nos permite demostrar que el hongo es

el responsable de la degradacioacuten

Tratamiento de efluentes reales en condiciones no esteacuteriles Cuantificacioacuten de la eliminacioacuten de faacutermacos y ecotoxicidad

Tratamiento de efluentes por hongos Degradacioacuten de faacutermacos

38

EXPERIMENTOS IN VIVO PARA CUANTIFICAR DEGRADACIOacuteN

EXPERIMENTOS PARA DETERMINAR EL PAPEL DE LOS ENZIMAS

- In vitro Lacasa comercial

- In vivo Inhibidores del citocrom P450 (1-aminobenzotriazole)

ESTUDIO DE LA TOXICIDAD (Microtox regTest )

- Bacteria bioluminescente V ficheri

- EC50 a los 15 min Concentracioacuten que disminuye la luz emitida por la bacteria al 50

- Cuanto mas alta sea la EC50 menor es la toxicidad

ANAgraveLISIS DE FAgraveRMACOS EXTRACCIOacuteN EN FASE SOacuteLIDA i HPLC

IDENTIFICACIOacuteN DE SUBPRODUCTOS Servei RMN-UAB

(Medio + contaminante) (Medio + contaminante+ hongo inactivado)

Adsorcioacuten Degradacioacuten miacutenima

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS INDIVIDUALES

EC50

50

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Control abioacutetico Control inactivado Experimental (Medio + contaminante+hongo activo)

Idaea-CSIC ICRA

Ketoprofeno

Eliminacioacute del 100

Metabolits hidroxilats

Perfil de concentracioacute de subproductes del ketoprofen

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS MODELO

IOPROMIDE degradation in Erlenmeyer flasks by

T versicolor pellets Time course degradation of Iopromide

added at approximately 12 mg L-1 Symbols non-inoculated controls ()

experimental cultures () heat-killed

controls () glucose () and laccase

activity (loz)

62 degradation is

observed after 7days of

exposure and remains

constant until the end of

the experiment

Toxicity by Microtox bioassay

Time EC50 ()

Non-biotic control 2

15min 2

8h 1

1d 43

4d 66

7d 87

12d 110

High toxicity at initial time

(EC50 2) Toxicity decreases

over time

Gros et al 2014 Water Research

Degradacioacuten de farmacos en aguas residuales

en bioreactor

CONDITIONS

Sterile effluent

No sterile

Batch

Continuous

Nutrients addition

Non-nutrients addition

Fluidized bed bioreactors 15

and 10 L

Air pulses

T versicolor in form of pellets

pH (45) and temperature (25ordmC)

control

MONITORING

Pharmaceuticals degradation

Acute toxicity (Microtox)

Laccase glucose etc

101

1-ep

oxyC

BZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Cipro

floxa

cin

50

100

150

200

250

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

Cef

alex

in

Ibup

rofe

n

Aceta

minop

hen

Azitro

micin

1

2

3

4

Ketop

rofe

n

Propr

anolol

Cita

lopr

am

Car

bamaz

epine

Acridon

e

Con

cen

tracioacute

(micro

g L

-1)

000

003

006

009

012

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS (Vila Universitaria de la UAB)

Tratamiento no esteril en batch

Eliminacioacuten completa del 70 de los faacutermacos detectados

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Comparacioacuten de la eliminacioacuten de los faacutermacos por el

hongo versus lodos activados (bibliografia)

Grup Fagravermac Concentracioacute

(microg L-1)

Eliminacioacute estegraveril

()

Eliminacioacute no estegraveril

()

Eliminacioacute per llots activats

() Analgegravesics Acetaminofen 387 100 100 82-99

Ibuprofen 1261 100 100 82-99 Ketoprofen lt048 35 100 lt50 Codeina 002 100 - lt82 Antibiogravetics Azitromicin 431 - 100 lt40

Ciprofloxacin 8471 - 35 50-96 (adsorcioacute) Cefalexin 059 - -51 96 β-blockers Propanolol 006 - 100 59-70 Psiquiatrics Carbamazepina 07 -37 Augmenta lt20 Augmenta

1011- epoxy CBZ 755 100 79 - 2-Hydroxy CBZ 1638 46 100 -

Acridone 101 100 Augmenta - Citalopram 01 100 100 -

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Porcentajes de eliminacioacuten superiores en el tratamiento por hongos

Problema cuantificacioacuten inicial de carbamazepina conjugacioacuten

Ace

tam

inop

hen

Ibup

rofen

Ket

opro

fen

Nap

roxe

n

Salicylic a

cid

Cod

eine

Phe

nazo

ne

Dex

amet

haso

ne

Diclofena

c

Piro

xica

m

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

500

1000

1500

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

50

Tratamiento no esteacuteril Analgeacutesicos

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

46

Cipro

floxa

cin

Oflo

xacin

Clarit

hrom

ycin

Sulfam

etho

xazo

le

Azith

rom

ycin

Met

ronida

zole

Met

ronida

zole-O

H

Trim

etho

prim

Dim

etrid

azole

Ron

idaz

ole

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

35

40

100

150

200

250

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Antibioacuteticos

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

101

1-ep

oxy

CBZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Car

bam

azep

ine

Acr

idon

e

Lora

zepa

m

Cita

lopr

am

Ven

lafaxine

Pra

vast

atin

Olanz

apine

Ser

tralin

e

Fluox

etine

Par

oxet

ine

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

000

025

050

075

100

400800

120016002000

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Faacutermacos de uso psiquiaacutetrico

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Ben

zotri

azole

OP2E

O

Eth

ylpa

rabe

n

Pro

pylpar

aben

BPA

OP

Con

cen

tration

(micro

g L

-1)

0

2

4

6

8

10

20

30

40

50

60

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Compuestos disruptores endocrinos

70 eliminacioacute

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Famiacutelia faacutermacos Tratamiento esteacuteril Tratamiento no esteacuteril

Carga inicial (microg)

Eliminacioacuten ()

Carga inicial (microg)

Eliminacioacute ()

Analgegravesics 1475 180 993 1511 179 988 Antibiogravetics 569 69 861 239 28 908 Cafeiumlna 757 92 79 1490 177 384 EDC 124 15 813 704 84 744 Iopromida 1046 128 755 4197 498 340 Altres fagravermacs 557 68 862 177 21 863 Psiquiagravetrics 3658 447 937 108 13 954 Cantidad total 8185 100 832 8427 100 533

Tratamiento adecuado para degradar faacutermacos en efluents de hospital

Siguiente objetivo Tratamiento en continuo de efluentes

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Fungal inoculated (I)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Non-inoculated (NI)

Non-sterile continuous

treatments of real effluents

VHW treatment

(

) Glucose concentration

(

) COD

(

) Laccase activity

(darr) Fungal biomass partial renovation

(mdash) Glucose addition rate

2 HRT studied

Decrease in laccase activity even with partial biomass renovation

Fungal inoculated (I)

Casas et al 2013 Env Technol 34 113

Glucose 026 g g DCW d

Ammonium 12 mg g DCW d

No glucose accumulation

Need for nutrients

Previous studies in synthetic

media and sterile conditions

CRT

Blaacutenquez et al 2006 Water Res 40 1650

CRT 21 days

13 biomass renovation every 7 days

CRT of 15 days

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Que es lo que sucede

Se muere el hongo aunque estamos renovando la

biomasa no hay suficiente hongo

No hay degradacioacuten

52

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

VHW treatment (2)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

NH4+ addition

PhACs removal

Fungal inoculated (I)

Non-inoculated (NI)

(

) Wastewater (Influent)

(

) Reactor effluent

The analyses have

been performed by

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Microbial community assessment (DGGE)

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Time

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Trametes versicolor

Candida spp

Fusarium solani

Unknown

T versicolor survived until the end of the treatment

laccase activity is not a good indicator

ESCENARIOS DE GESTIOacuteN DE EFLUENTES DE HOSPITAL

EDAR

No eliminacioacuten

de faacutermacos

Dilucioacuten en

el efluente

urbano

Aguas

urbanas

Fong

No eliminacioacuten

de DQO

Hongo Aguas

urbanas

EDAR

HOSPITAL

Srsquoha comprovat la capacitat de T versicolor per degradar fagravermacs

Badiacutea-Fabregat et al 2014 Rodriacuteguez-Rodriacuteguez et al 2014 Cruz-Moratoacute et al 2013

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Inconvenients al tractament drsquo

aiguumles drsquohospitals reals

- Necessitat drsquoaddicionar nutrients - Competegravencia amb bacteris

Possibles solucions Estrategravegies

- Pretractament de lrsquoefluent - Altres configuracions de reactors - Canvi en la font de carboni

Posada a punt del sistema TRH Relacioacute QRQL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

1 2 3

4

5

6

7

1 Tanc drsquoalimentacioacute 2 Tanc de mescla 3 Tanc drsquoeluents de

sortida 4 Bomba de recirculacioacute 5 Bioreactor 6 Entrada drsquoaire 7 Controlador de pH

TRH 3d

QL

QR

QL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

Desenvolupament processos

Efluent hospital

real (HWW)

Aiguumles residuals urbanes

(UWW)

Trametes versicolor

T versicolor crescut sobre fusta

Filtre percolador amb T versicolor crescut sobre fusta

Microalgues Degradacioacute a

escala Erlenmeyer Fotobioreactor FBR

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 38: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

Degradacioacuten de faacutermacos modelo e identificacioacuten de productos de transformacioacuten en condiciones esteacuteriles

Nos permite demostrar que el hongo es

el responsable de la degradacioacuten

Tratamiento de efluentes reales en condiciones no esteacuteriles Cuantificacioacuten de la eliminacioacuten de faacutermacos y ecotoxicidad

Tratamiento de efluentes por hongos Degradacioacuten de faacutermacos

38

EXPERIMENTOS IN VIVO PARA CUANTIFICAR DEGRADACIOacuteN

EXPERIMENTOS PARA DETERMINAR EL PAPEL DE LOS ENZIMAS

- In vitro Lacasa comercial

- In vivo Inhibidores del citocrom P450 (1-aminobenzotriazole)

ESTUDIO DE LA TOXICIDAD (Microtox regTest )

- Bacteria bioluminescente V ficheri

- EC50 a los 15 min Concentracioacuten que disminuye la luz emitida por la bacteria al 50

- Cuanto mas alta sea la EC50 menor es la toxicidad

ANAgraveLISIS DE FAgraveRMACOS EXTRACCIOacuteN EN FASE SOacuteLIDA i HPLC

IDENTIFICACIOacuteN DE SUBPRODUCTOS Servei RMN-UAB

(Medio + contaminante) (Medio + contaminante+ hongo inactivado)

Adsorcioacuten Degradacioacuten miacutenima

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS INDIVIDUALES

EC50

50

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Control abioacutetico Control inactivado Experimental (Medio + contaminante+hongo activo)

Idaea-CSIC ICRA

Ketoprofeno

Eliminacioacute del 100

Metabolits hidroxilats

Perfil de concentracioacute de subproductes del ketoprofen

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS MODELO

IOPROMIDE degradation in Erlenmeyer flasks by

T versicolor pellets Time course degradation of Iopromide

added at approximately 12 mg L-1 Symbols non-inoculated controls ()

experimental cultures () heat-killed

controls () glucose () and laccase

activity (loz)

62 degradation is

observed after 7days of

exposure and remains

constant until the end of

the experiment

Toxicity by Microtox bioassay

Time EC50 ()

Non-biotic control 2

15min 2

8h 1

1d 43

4d 66

7d 87

12d 110

High toxicity at initial time

(EC50 2) Toxicity decreases

over time

Gros et al 2014 Water Research

Degradacioacuten de farmacos en aguas residuales

en bioreactor

CONDITIONS

Sterile effluent

No sterile

Batch

Continuous

Nutrients addition

Non-nutrients addition

Fluidized bed bioreactors 15

and 10 L

Air pulses

T versicolor in form of pellets

pH (45) and temperature (25ordmC)

control

MONITORING

Pharmaceuticals degradation

Acute toxicity (Microtox)

Laccase glucose etc

101

1-ep

oxyC

BZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Cipro

floxa

cin

50

100

150

200

250

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

Cef

alex

in

Ibup

rofe

n

Aceta

minop

hen

Azitro

micin

1

2

3

4

Ketop

rofe

n

Propr

anolol

Cita

lopr

am

Car

bamaz

epine

Acridon

e

Con

cen

tracioacute

(micro

g L

-1)

000

003

006

009

012

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS (Vila Universitaria de la UAB)

Tratamiento no esteril en batch

Eliminacioacuten completa del 70 de los faacutermacos detectados

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Comparacioacuten de la eliminacioacuten de los faacutermacos por el

hongo versus lodos activados (bibliografia)

Grup Fagravermac Concentracioacute

(microg L-1)

Eliminacioacute estegraveril

()

Eliminacioacute no estegraveril

()

Eliminacioacute per llots activats

() Analgegravesics Acetaminofen 387 100 100 82-99

Ibuprofen 1261 100 100 82-99 Ketoprofen lt048 35 100 lt50 Codeina 002 100 - lt82 Antibiogravetics Azitromicin 431 - 100 lt40

Ciprofloxacin 8471 - 35 50-96 (adsorcioacute) Cefalexin 059 - -51 96 β-blockers Propanolol 006 - 100 59-70 Psiquiatrics Carbamazepina 07 -37 Augmenta lt20 Augmenta

1011- epoxy CBZ 755 100 79 - 2-Hydroxy CBZ 1638 46 100 -

Acridone 101 100 Augmenta - Citalopram 01 100 100 -

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Porcentajes de eliminacioacuten superiores en el tratamiento por hongos

Problema cuantificacioacuten inicial de carbamazepina conjugacioacuten

Ace

tam

inop

hen

Ibup

rofen

Ket

opro

fen

Nap

roxe

n

Salicylic a

cid

Cod

eine

Phe

nazo

ne

Dex

amet

haso

ne

Diclofena

c

Piro

xica

m

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

500

1000

1500

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

50

Tratamiento no esteacuteril Analgeacutesicos

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

46

Cipro

floxa

cin

Oflo

xacin

Clarit

hrom

ycin

Sulfam

etho

xazo

le

Azith

rom

ycin

Met

ronida

zole

Met

ronida

zole-O

H

Trim

etho

prim

Dim

etrid

azole

Ron

idaz

ole

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

35

40

100

150

200

250

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Antibioacuteticos

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

101

1-ep

oxy

CBZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Car

bam

azep

ine

Acr

idon

e

Lora

zepa

m

Cita

lopr

am

Ven

lafaxine

Pra

vast

atin

Olanz

apine

Ser

tralin

e

Fluox

etine

Par

oxet

ine

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

000

025

050

075

100

400800

120016002000

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Faacutermacos de uso psiquiaacutetrico

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Ben

zotri

azole

OP2E

O

Eth

ylpa

rabe

n

Pro

pylpar

aben

BPA

OP

Con

cen

tration

(micro

g L

-1)

0

2

4

6

8

10

20

30

40

50

60

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Compuestos disruptores endocrinos

70 eliminacioacute

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Famiacutelia faacutermacos Tratamiento esteacuteril Tratamiento no esteacuteril

Carga inicial (microg)

Eliminacioacuten ()

Carga inicial (microg)

Eliminacioacute ()

Analgegravesics 1475 180 993 1511 179 988 Antibiogravetics 569 69 861 239 28 908 Cafeiumlna 757 92 79 1490 177 384 EDC 124 15 813 704 84 744 Iopromida 1046 128 755 4197 498 340 Altres fagravermacs 557 68 862 177 21 863 Psiquiagravetrics 3658 447 937 108 13 954 Cantidad total 8185 100 832 8427 100 533

Tratamiento adecuado para degradar faacutermacos en efluents de hospital

Siguiente objetivo Tratamiento en continuo de efluentes

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Fungal inoculated (I)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Non-inoculated (NI)

Non-sterile continuous

treatments of real effluents

VHW treatment

(

) Glucose concentration

(

) COD

(

) Laccase activity

(darr) Fungal biomass partial renovation

(mdash) Glucose addition rate

2 HRT studied

Decrease in laccase activity even with partial biomass renovation

Fungal inoculated (I)

Casas et al 2013 Env Technol 34 113

Glucose 026 g g DCW d

Ammonium 12 mg g DCW d

No glucose accumulation

Need for nutrients

Previous studies in synthetic

media and sterile conditions

CRT

Blaacutenquez et al 2006 Water Res 40 1650

CRT 21 days

13 biomass renovation every 7 days

CRT of 15 days

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Que es lo que sucede

Se muere el hongo aunque estamos renovando la

biomasa no hay suficiente hongo

No hay degradacioacuten

52

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

VHW treatment (2)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

NH4+ addition

PhACs removal

Fungal inoculated (I)

Non-inoculated (NI)

(

) Wastewater (Influent)

(

) Reactor effluent

The analyses have

been performed by

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Microbial community assessment (DGGE)

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Time

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Trametes versicolor

Candida spp

Fusarium solani

Unknown

T versicolor survived until the end of the treatment

laccase activity is not a good indicator

ESCENARIOS DE GESTIOacuteN DE EFLUENTES DE HOSPITAL

EDAR

No eliminacioacuten

de faacutermacos

Dilucioacuten en

el efluente

urbano

Aguas

urbanas

Fong

No eliminacioacuten

de DQO

Hongo Aguas

urbanas

EDAR

HOSPITAL

Srsquoha comprovat la capacitat de T versicolor per degradar fagravermacs

Badiacutea-Fabregat et al 2014 Rodriacuteguez-Rodriacuteguez et al 2014 Cruz-Moratoacute et al 2013

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Inconvenients al tractament drsquo

aiguumles drsquohospitals reals

- Necessitat drsquoaddicionar nutrients - Competegravencia amb bacteris

Possibles solucions Estrategravegies

- Pretractament de lrsquoefluent - Altres configuracions de reactors - Canvi en la font de carboni

Posada a punt del sistema TRH Relacioacute QRQL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

1 2 3

4

5

6

7

1 Tanc drsquoalimentacioacute 2 Tanc de mescla 3 Tanc drsquoeluents de

sortida 4 Bomba de recirculacioacute 5 Bioreactor 6 Entrada drsquoaire 7 Controlador de pH

TRH 3d

QL

QR

QL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

Desenvolupament processos

Efluent hospital

real (HWW)

Aiguumles residuals urbanes

(UWW)

Trametes versicolor

T versicolor crescut sobre fusta

Filtre percolador amb T versicolor crescut sobre fusta

Microalgues Degradacioacute a

escala Erlenmeyer Fotobioreactor FBR

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 39: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

EXPERIMENTOS IN VIVO PARA CUANTIFICAR DEGRADACIOacuteN

EXPERIMENTOS PARA DETERMINAR EL PAPEL DE LOS ENZIMAS

- In vitro Lacasa comercial

- In vivo Inhibidores del citocrom P450 (1-aminobenzotriazole)

ESTUDIO DE LA TOXICIDAD (Microtox regTest )

- Bacteria bioluminescente V ficheri

- EC50 a los 15 min Concentracioacuten que disminuye la luz emitida por la bacteria al 50

- Cuanto mas alta sea la EC50 menor es la toxicidad

ANAgraveLISIS DE FAgraveRMACOS EXTRACCIOacuteN EN FASE SOacuteLIDA i HPLC

IDENTIFICACIOacuteN DE SUBPRODUCTOS Servei RMN-UAB

(Medio + contaminante) (Medio + contaminante+ hongo inactivado)

Adsorcioacuten Degradacioacuten miacutenima

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS INDIVIDUALES

EC50

50

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Cultiu en placa

Inoculacioacute dels Erlenmeyers

per a lrsquoobtencioacute de miceliObtencioacute del miceli

Homogeneiumltzacioacute amb NaCl 08 11 (vv)

Solucioacute stock de miceli

Inoculacioacute dels Erlenmeyers per lrsquoobtencioacute de pegravelmiddotletsObtencioacute de pegravelmiddotlets

Solucioacute stock de pegravelmiddotlets

7 dies6 dies

5 dies

inogravecul

Inoculacioacute del reactor

Control abioacutetico Control inactivado Experimental (Medio + contaminante+hongo activo)

Idaea-CSIC ICRA

Ketoprofeno

Eliminacioacute del 100

Metabolits hidroxilats

Perfil de concentracioacute de subproductes del ketoprofen

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS MODELO

IOPROMIDE degradation in Erlenmeyer flasks by

T versicolor pellets Time course degradation of Iopromide

added at approximately 12 mg L-1 Symbols non-inoculated controls ()

experimental cultures () heat-killed

controls () glucose () and laccase

activity (loz)

62 degradation is

observed after 7days of

exposure and remains

constant until the end of

the experiment

Toxicity by Microtox bioassay

Time EC50 ()

Non-biotic control 2

15min 2

8h 1

1d 43

4d 66

7d 87

12d 110

High toxicity at initial time

(EC50 2) Toxicity decreases

over time

Gros et al 2014 Water Research

Degradacioacuten de farmacos en aguas residuales

en bioreactor

CONDITIONS

Sterile effluent

No sterile

Batch

Continuous

Nutrients addition

Non-nutrients addition

Fluidized bed bioreactors 15

and 10 L

Air pulses

T versicolor in form of pellets

pH (45) and temperature (25ordmC)

control

MONITORING

Pharmaceuticals degradation

Acute toxicity (Microtox)

Laccase glucose etc

101

1-ep

oxyC

BZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Cipro

floxa

cin

50

100

150

200

250

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

Cef

alex

in

Ibup

rofe

n

Aceta

minop

hen

Azitro

micin

1

2

3

4

Ketop

rofe

n

Propr

anolol

Cita

lopr

am

Car

bamaz

epine

Acridon

e

Con

cen

tracioacute

(micro

g L

-1)

000

003

006

009

012

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS (Vila Universitaria de la UAB)

Tratamiento no esteril en batch

Eliminacioacuten completa del 70 de los faacutermacos detectados

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Comparacioacuten de la eliminacioacuten de los faacutermacos por el

hongo versus lodos activados (bibliografia)

Grup Fagravermac Concentracioacute

(microg L-1)

Eliminacioacute estegraveril

()

Eliminacioacute no estegraveril

()

Eliminacioacute per llots activats

() Analgegravesics Acetaminofen 387 100 100 82-99

Ibuprofen 1261 100 100 82-99 Ketoprofen lt048 35 100 lt50 Codeina 002 100 - lt82 Antibiogravetics Azitromicin 431 - 100 lt40

Ciprofloxacin 8471 - 35 50-96 (adsorcioacute) Cefalexin 059 - -51 96 β-blockers Propanolol 006 - 100 59-70 Psiquiatrics Carbamazepina 07 -37 Augmenta lt20 Augmenta

1011- epoxy CBZ 755 100 79 - 2-Hydroxy CBZ 1638 46 100 -

Acridone 101 100 Augmenta - Citalopram 01 100 100 -

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Porcentajes de eliminacioacuten superiores en el tratamiento por hongos

Problema cuantificacioacuten inicial de carbamazepina conjugacioacuten

Ace

tam

inop

hen

Ibup

rofen

Ket

opro

fen

Nap

roxe

n

Salicylic a

cid

Cod

eine

Phe

nazo

ne

Dex

amet

haso

ne

Diclofena

c

Piro

xica

m

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

500

1000

1500

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

50

Tratamiento no esteacuteril Analgeacutesicos

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

46

Cipro

floxa

cin

Oflo

xacin

Clarit

hrom

ycin

Sulfam

etho

xazo

le

Azith

rom

ycin

Met

ronida

zole

Met

ronida

zole-O

H

Trim

etho

prim

Dim

etrid

azole

Ron

idaz

ole

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

35

40

100

150

200

250

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Antibioacuteticos

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

101

1-ep

oxy

CBZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Car

bam

azep

ine

Acr

idon

e

Lora

zepa

m

Cita

lopr

am

Ven

lafaxine

Pra

vast

atin

Olanz

apine

Ser

tralin

e

Fluox

etine

Par

oxet

ine

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

000

025

050

075

100

400800

120016002000

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Faacutermacos de uso psiquiaacutetrico

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Ben

zotri

azole

OP2E

O

Eth

ylpa

rabe

n

Pro

pylpar

aben

BPA

OP

Con

cen

tration

(micro

g L

-1)

0

2

4

6

8

10

20

30

40

50

60

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Compuestos disruptores endocrinos

70 eliminacioacute

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Famiacutelia faacutermacos Tratamiento esteacuteril Tratamiento no esteacuteril

Carga inicial (microg)

Eliminacioacuten ()

Carga inicial (microg)

Eliminacioacute ()

Analgegravesics 1475 180 993 1511 179 988 Antibiogravetics 569 69 861 239 28 908 Cafeiumlna 757 92 79 1490 177 384 EDC 124 15 813 704 84 744 Iopromida 1046 128 755 4197 498 340 Altres fagravermacs 557 68 862 177 21 863 Psiquiagravetrics 3658 447 937 108 13 954 Cantidad total 8185 100 832 8427 100 533

Tratamiento adecuado para degradar faacutermacos en efluents de hospital

Siguiente objetivo Tratamiento en continuo de efluentes

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Fungal inoculated (I)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Non-inoculated (NI)

Non-sterile continuous

treatments of real effluents

VHW treatment

(

) Glucose concentration

(

) COD

(

) Laccase activity

(darr) Fungal biomass partial renovation

(mdash) Glucose addition rate

2 HRT studied

Decrease in laccase activity even with partial biomass renovation

Fungal inoculated (I)

Casas et al 2013 Env Technol 34 113

Glucose 026 g g DCW d

Ammonium 12 mg g DCW d

No glucose accumulation

Need for nutrients

Previous studies in synthetic

media and sterile conditions

CRT

Blaacutenquez et al 2006 Water Res 40 1650

CRT 21 days

13 biomass renovation every 7 days

CRT of 15 days

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Que es lo que sucede

Se muere el hongo aunque estamos renovando la

biomasa no hay suficiente hongo

No hay degradacioacuten

52

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

VHW treatment (2)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

NH4+ addition

PhACs removal

Fungal inoculated (I)

Non-inoculated (NI)

(

) Wastewater (Influent)

(

) Reactor effluent

The analyses have

been performed by

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Microbial community assessment (DGGE)

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Time

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Trametes versicolor

Candida spp

Fusarium solani

Unknown

T versicolor survived until the end of the treatment

laccase activity is not a good indicator

ESCENARIOS DE GESTIOacuteN DE EFLUENTES DE HOSPITAL

EDAR

No eliminacioacuten

de faacutermacos

Dilucioacuten en

el efluente

urbano

Aguas

urbanas

Fong

No eliminacioacuten

de DQO

Hongo Aguas

urbanas

EDAR

HOSPITAL

Srsquoha comprovat la capacitat de T versicolor per degradar fagravermacs

Badiacutea-Fabregat et al 2014 Rodriacuteguez-Rodriacuteguez et al 2014 Cruz-Moratoacute et al 2013

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Inconvenients al tractament drsquo

aiguumles drsquohospitals reals

- Necessitat drsquoaddicionar nutrients - Competegravencia amb bacteris

Possibles solucions Estrategravegies

- Pretractament de lrsquoefluent - Altres configuracions de reactors - Canvi en la font de carboni

Posada a punt del sistema TRH Relacioacute QRQL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

1 2 3

4

5

6

7

1 Tanc drsquoalimentacioacute 2 Tanc de mescla 3 Tanc drsquoeluents de

sortida 4 Bomba de recirculacioacute 5 Bioreactor 6 Entrada drsquoaire 7 Controlador de pH

TRH 3d

QL

QR

QL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

Desenvolupament processos

Efluent hospital

real (HWW)

Aiguumles residuals urbanes

(UWW)

Trametes versicolor

T versicolor crescut sobre fusta

Filtre percolador amb T versicolor crescut sobre fusta

Microalgues Degradacioacute a

escala Erlenmeyer Fotobioreactor FBR

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 40: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

Ketoprofeno

Eliminacioacute del 100

Metabolits hidroxilats

Perfil de concentracioacute de subproductes del ketoprofen

DEGRADACIOacuteN DE FAacuteRMACOS MODELO

IOPROMIDE degradation in Erlenmeyer flasks by

T versicolor pellets Time course degradation of Iopromide

added at approximately 12 mg L-1 Symbols non-inoculated controls ()

experimental cultures () heat-killed

controls () glucose () and laccase

activity (loz)

62 degradation is

observed after 7days of

exposure and remains

constant until the end of

the experiment

Toxicity by Microtox bioassay

Time EC50 ()

Non-biotic control 2

15min 2

8h 1

1d 43

4d 66

7d 87

12d 110

High toxicity at initial time

(EC50 2) Toxicity decreases

over time

Gros et al 2014 Water Research

Degradacioacuten de farmacos en aguas residuales

en bioreactor

CONDITIONS

Sterile effluent

No sterile

Batch

Continuous

Nutrients addition

Non-nutrients addition

Fluidized bed bioreactors 15

and 10 L

Air pulses

T versicolor in form of pellets

pH (45) and temperature (25ordmC)

control

MONITORING

Pharmaceuticals degradation

Acute toxicity (Microtox)

Laccase glucose etc

101

1-ep

oxyC

BZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Cipro

floxa

cin

50

100

150

200

250

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

Cef

alex

in

Ibup

rofe

n

Aceta

minop

hen

Azitro

micin

1

2

3

4

Ketop

rofe

n

Propr

anolol

Cita

lopr

am

Car

bamaz

epine

Acridon

e

Con

cen

tracioacute

(micro

g L

-1)

000

003

006

009

012

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS (Vila Universitaria de la UAB)

Tratamiento no esteril en batch

Eliminacioacuten completa del 70 de los faacutermacos detectados

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Comparacioacuten de la eliminacioacuten de los faacutermacos por el

hongo versus lodos activados (bibliografia)

Grup Fagravermac Concentracioacute

(microg L-1)

Eliminacioacute estegraveril

()

Eliminacioacute no estegraveril

()

Eliminacioacute per llots activats

() Analgegravesics Acetaminofen 387 100 100 82-99

Ibuprofen 1261 100 100 82-99 Ketoprofen lt048 35 100 lt50 Codeina 002 100 - lt82 Antibiogravetics Azitromicin 431 - 100 lt40

Ciprofloxacin 8471 - 35 50-96 (adsorcioacute) Cefalexin 059 - -51 96 β-blockers Propanolol 006 - 100 59-70 Psiquiatrics Carbamazepina 07 -37 Augmenta lt20 Augmenta

1011- epoxy CBZ 755 100 79 - 2-Hydroxy CBZ 1638 46 100 -

Acridone 101 100 Augmenta - Citalopram 01 100 100 -

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Porcentajes de eliminacioacuten superiores en el tratamiento por hongos

Problema cuantificacioacuten inicial de carbamazepina conjugacioacuten

Ace

tam

inop

hen

Ibup

rofen

Ket

opro

fen

Nap

roxe

n

Salicylic a

cid

Cod

eine

Phe

nazo

ne

Dex

amet

haso

ne

Diclofena

c

Piro

xica

m

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

500

1000

1500

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

50

Tratamiento no esteacuteril Analgeacutesicos

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

46

Cipro

floxa

cin

Oflo

xacin

Clarit

hrom

ycin

Sulfam

etho

xazo

le

Azith

rom

ycin

Met

ronida

zole

Met

ronida

zole-O

H

Trim

etho

prim

Dim

etrid

azole

Ron

idaz

ole

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

35

40

100

150

200

250

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Antibioacuteticos

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

101

1-ep

oxy

CBZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Car

bam

azep

ine

Acr

idon

e

Lora

zepa

m

Cita

lopr

am

Ven

lafaxine

Pra

vast

atin

Olanz

apine

Ser

tralin

e

Fluox

etine

Par

oxet

ine

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

000

025

050

075

100

400800

120016002000

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Faacutermacos de uso psiquiaacutetrico

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Ben

zotri

azole

OP2E

O

Eth

ylpa

rabe

n

Pro

pylpar

aben

BPA

OP

Con

cen

tration

(micro

g L

-1)

0

2

4

6

8

10

20

30

40

50

60

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Compuestos disruptores endocrinos

70 eliminacioacute

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Famiacutelia faacutermacos Tratamiento esteacuteril Tratamiento no esteacuteril

Carga inicial (microg)

Eliminacioacuten ()

Carga inicial (microg)

Eliminacioacute ()

Analgegravesics 1475 180 993 1511 179 988 Antibiogravetics 569 69 861 239 28 908 Cafeiumlna 757 92 79 1490 177 384 EDC 124 15 813 704 84 744 Iopromida 1046 128 755 4197 498 340 Altres fagravermacs 557 68 862 177 21 863 Psiquiagravetrics 3658 447 937 108 13 954 Cantidad total 8185 100 832 8427 100 533

Tratamiento adecuado para degradar faacutermacos en efluents de hospital

Siguiente objetivo Tratamiento en continuo de efluentes

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Fungal inoculated (I)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Non-inoculated (NI)

Non-sterile continuous

treatments of real effluents

VHW treatment

(

) Glucose concentration

(

) COD

(

) Laccase activity

(darr) Fungal biomass partial renovation

(mdash) Glucose addition rate

2 HRT studied

Decrease in laccase activity even with partial biomass renovation

Fungal inoculated (I)

Casas et al 2013 Env Technol 34 113

Glucose 026 g g DCW d

Ammonium 12 mg g DCW d

No glucose accumulation

Need for nutrients

Previous studies in synthetic

media and sterile conditions

CRT

Blaacutenquez et al 2006 Water Res 40 1650

CRT 21 days

13 biomass renovation every 7 days

CRT of 15 days

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Que es lo que sucede

Se muere el hongo aunque estamos renovando la

biomasa no hay suficiente hongo

No hay degradacioacuten

52

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

VHW treatment (2)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

NH4+ addition

PhACs removal

Fungal inoculated (I)

Non-inoculated (NI)

(

) Wastewater (Influent)

(

) Reactor effluent

The analyses have

been performed by

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Microbial community assessment (DGGE)

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Time

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Trametes versicolor

Candida spp

Fusarium solani

Unknown

T versicolor survived until the end of the treatment

laccase activity is not a good indicator

ESCENARIOS DE GESTIOacuteN DE EFLUENTES DE HOSPITAL

EDAR

No eliminacioacuten

de faacutermacos

Dilucioacuten en

el efluente

urbano

Aguas

urbanas

Fong

No eliminacioacuten

de DQO

Hongo Aguas

urbanas

EDAR

HOSPITAL

Srsquoha comprovat la capacitat de T versicolor per degradar fagravermacs

Badiacutea-Fabregat et al 2014 Rodriacuteguez-Rodriacuteguez et al 2014 Cruz-Moratoacute et al 2013

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Inconvenients al tractament drsquo

aiguumles drsquohospitals reals

- Necessitat drsquoaddicionar nutrients - Competegravencia amb bacteris

Possibles solucions Estrategravegies

- Pretractament de lrsquoefluent - Altres configuracions de reactors - Canvi en la font de carboni

Posada a punt del sistema TRH Relacioacute QRQL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

1 2 3

4

5

6

7

1 Tanc drsquoalimentacioacute 2 Tanc de mescla 3 Tanc drsquoeluents de

sortida 4 Bomba de recirculacioacute 5 Bioreactor 6 Entrada drsquoaire 7 Controlador de pH

TRH 3d

QL

QR

QL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

Desenvolupament processos

Efluent hospital

real (HWW)

Aiguumles residuals urbanes

(UWW)

Trametes versicolor

T versicolor crescut sobre fusta

Filtre percolador amb T versicolor crescut sobre fusta

Microalgues Degradacioacute a

escala Erlenmeyer Fotobioreactor FBR

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 41: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

IOPROMIDE degradation in Erlenmeyer flasks by

T versicolor pellets Time course degradation of Iopromide

added at approximately 12 mg L-1 Symbols non-inoculated controls ()

experimental cultures () heat-killed

controls () glucose () and laccase

activity (loz)

62 degradation is

observed after 7days of

exposure and remains

constant until the end of

the experiment

Toxicity by Microtox bioassay

Time EC50 ()

Non-biotic control 2

15min 2

8h 1

1d 43

4d 66

7d 87

12d 110

High toxicity at initial time

(EC50 2) Toxicity decreases

over time

Gros et al 2014 Water Research

Degradacioacuten de farmacos en aguas residuales

en bioreactor

CONDITIONS

Sterile effluent

No sterile

Batch

Continuous

Nutrients addition

Non-nutrients addition

Fluidized bed bioreactors 15

and 10 L

Air pulses

T versicolor in form of pellets

pH (45) and temperature (25ordmC)

control

MONITORING

Pharmaceuticals degradation

Acute toxicity (Microtox)

Laccase glucose etc

101

1-ep

oxyC

BZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Cipro

floxa

cin

50

100

150

200

250

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

Cef

alex

in

Ibup

rofe

n

Aceta

minop

hen

Azitro

micin

1

2

3

4

Ketop

rofe

n

Propr

anolol

Cita

lopr

am

Car

bamaz

epine

Acridon

e

Con

cen

tracioacute

(micro

g L

-1)

000

003

006

009

012

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS (Vila Universitaria de la UAB)

Tratamiento no esteril en batch

Eliminacioacuten completa del 70 de los faacutermacos detectados

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Comparacioacuten de la eliminacioacuten de los faacutermacos por el

hongo versus lodos activados (bibliografia)

Grup Fagravermac Concentracioacute

(microg L-1)

Eliminacioacute estegraveril

()

Eliminacioacute no estegraveril

()

Eliminacioacute per llots activats

() Analgegravesics Acetaminofen 387 100 100 82-99

Ibuprofen 1261 100 100 82-99 Ketoprofen lt048 35 100 lt50 Codeina 002 100 - lt82 Antibiogravetics Azitromicin 431 - 100 lt40

Ciprofloxacin 8471 - 35 50-96 (adsorcioacute) Cefalexin 059 - -51 96 β-blockers Propanolol 006 - 100 59-70 Psiquiatrics Carbamazepina 07 -37 Augmenta lt20 Augmenta

1011- epoxy CBZ 755 100 79 - 2-Hydroxy CBZ 1638 46 100 -

Acridone 101 100 Augmenta - Citalopram 01 100 100 -

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Porcentajes de eliminacioacuten superiores en el tratamiento por hongos

Problema cuantificacioacuten inicial de carbamazepina conjugacioacuten

Ace

tam

inop

hen

Ibup

rofen

Ket

opro

fen

Nap

roxe

n

Salicylic a

cid

Cod

eine

Phe

nazo

ne

Dex

amet

haso

ne

Diclofena

c

Piro

xica

m

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

500

1000

1500

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

50

Tratamiento no esteacuteril Analgeacutesicos

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

46

Cipro

floxa

cin

Oflo

xacin

Clarit

hrom

ycin

Sulfam

etho

xazo

le

Azith

rom

ycin

Met

ronida

zole

Met

ronida

zole-O

H

Trim

etho

prim

Dim

etrid

azole

Ron

idaz

ole

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

35

40

100

150

200

250

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Antibioacuteticos

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

101

1-ep

oxy

CBZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Car

bam

azep

ine

Acr

idon

e

Lora

zepa

m

Cita

lopr

am

Ven

lafaxine

Pra

vast

atin

Olanz

apine

Ser

tralin

e

Fluox

etine

Par

oxet

ine

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

000

025

050

075

100

400800

120016002000

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Faacutermacos de uso psiquiaacutetrico

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Ben

zotri

azole

OP2E

O

Eth

ylpa

rabe

n

Pro

pylpar

aben

BPA

OP

Con

cen

tration

(micro

g L

-1)

0

2

4

6

8

10

20

30

40

50

60

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Compuestos disruptores endocrinos

70 eliminacioacute

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Famiacutelia faacutermacos Tratamiento esteacuteril Tratamiento no esteacuteril

Carga inicial (microg)

Eliminacioacuten ()

Carga inicial (microg)

Eliminacioacute ()

Analgegravesics 1475 180 993 1511 179 988 Antibiogravetics 569 69 861 239 28 908 Cafeiumlna 757 92 79 1490 177 384 EDC 124 15 813 704 84 744 Iopromida 1046 128 755 4197 498 340 Altres fagravermacs 557 68 862 177 21 863 Psiquiagravetrics 3658 447 937 108 13 954 Cantidad total 8185 100 832 8427 100 533

Tratamiento adecuado para degradar faacutermacos en efluents de hospital

Siguiente objetivo Tratamiento en continuo de efluentes

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Fungal inoculated (I)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Non-inoculated (NI)

Non-sterile continuous

treatments of real effluents

VHW treatment

(

) Glucose concentration

(

) COD

(

) Laccase activity

(darr) Fungal biomass partial renovation

(mdash) Glucose addition rate

2 HRT studied

Decrease in laccase activity even with partial biomass renovation

Fungal inoculated (I)

Casas et al 2013 Env Technol 34 113

Glucose 026 g g DCW d

Ammonium 12 mg g DCW d

No glucose accumulation

Need for nutrients

Previous studies in synthetic

media and sterile conditions

CRT

Blaacutenquez et al 2006 Water Res 40 1650

CRT 21 days

13 biomass renovation every 7 days

CRT of 15 days

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Que es lo que sucede

Se muere el hongo aunque estamos renovando la

biomasa no hay suficiente hongo

No hay degradacioacuten

52

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

VHW treatment (2)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

NH4+ addition

PhACs removal

Fungal inoculated (I)

Non-inoculated (NI)

(

) Wastewater (Influent)

(

) Reactor effluent

The analyses have

been performed by

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Microbial community assessment (DGGE)

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Time

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Trametes versicolor

Candida spp

Fusarium solani

Unknown

T versicolor survived until the end of the treatment

laccase activity is not a good indicator

ESCENARIOS DE GESTIOacuteN DE EFLUENTES DE HOSPITAL

EDAR

No eliminacioacuten

de faacutermacos

Dilucioacuten en

el efluente

urbano

Aguas

urbanas

Fong

No eliminacioacuten

de DQO

Hongo Aguas

urbanas

EDAR

HOSPITAL

Srsquoha comprovat la capacitat de T versicolor per degradar fagravermacs

Badiacutea-Fabregat et al 2014 Rodriacuteguez-Rodriacuteguez et al 2014 Cruz-Moratoacute et al 2013

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Inconvenients al tractament drsquo

aiguumles drsquohospitals reals

- Necessitat drsquoaddicionar nutrients - Competegravencia amb bacteris

Possibles solucions Estrategravegies

- Pretractament de lrsquoefluent - Altres configuracions de reactors - Canvi en la font de carboni

Posada a punt del sistema TRH Relacioacute QRQL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

1 2 3

4

5

6

7

1 Tanc drsquoalimentacioacute 2 Tanc de mescla 3 Tanc drsquoeluents de

sortida 4 Bomba de recirculacioacute 5 Bioreactor 6 Entrada drsquoaire 7 Controlador de pH

TRH 3d

QL

QR

QL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

Desenvolupament processos

Efluent hospital

real (HWW)

Aiguumles residuals urbanes

(UWW)

Trametes versicolor

T versicolor crescut sobre fusta

Filtre percolador amb T versicolor crescut sobre fusta

Microalgues Degradacioacute a

escala Erlenmeyer Fotobioreactor FBR

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 42: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

Degradacioacuten de farmacos en aguas residuales

en bioreactor

CONDITIONS

Sterile effluent

No sterile

Batch

Continuous

Nutrients addition

Non-nutrients addition

Fluidized bed bioreactors 15

and 10 L

Air pulses

T versicolor in form of pellets

pH (45) and temperature (25ordmC)

control

MONITORING

Pharmaceuticals degradation

Acute toxicity (Microtox)

Laccase glucose etc

101

1-ep

oxyC

BZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Cipro

floxa

cin

50

100

150

200

250

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

Cef

alex

in

Ibup

rofe

n

Aceta

minop

hen

Azitro

micin

1

2

3

4

Ketop

rofe

n

Propr

anolol

Cita

lopr

am

Car

bamaz

epine

Acridon

e

Con

cen

tracioacute

(micro

g L

-1)

000

003

006

009

012

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS (Vila Universitaria de la UAB)

Tratamiento no esteril en batch

Eliminacioacuten completa del 70 de los faacutermacos detectados

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Comparacioacuten de la eliminacioacuten de los faacutermacos por el

hongo versus lodos activados (bibliografia)

Grup Fagravermac Concentracioacute

(microg L-1)

Eliminacioacute estegraveril

()

Eliminacioacute no estegraveril

()

Eliminacioacute per llots activats

() Analgegravesics Acetaminofen 387 100 100 82-99

Ibuprofen 1261 100 100 82-99 Ketoprofen lt048 35 100 lt50 Codeina 002 100 - lt82 Antibiogravetics Azitromicin 431 - 100 lt40

Ciprofloxacin 8471 - 35 50-96 (adsorcioacute) Cefalexin 059 - -51 96 β-blockers Propanolol 006 - 100 59-70 Psiquiatrics Carbamazepina 07 -37 Augmenta lt20 Augmenta

1011- epoxy CBZ 755 100 79 - 2-Hydroxy CBZ 1638 46 100 -

Acridone 101 100 Augmenta - Citalopram 01 100 100 -

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Porcentajes de eliminacioacuten superiores en el tratamiento por hongos

Problema cuantificacioacuten inicial de carbamazepina conjugacioacuten

Ace

tam

inop

hen

Ibup

rofen

Ket

opro

fen

Nap

roxe

n

Salicylic a

cid

Cod

eine

Phe

nazo

ne

Dex

amet

haso

ne

Diclofena

c

Piro

xica

m

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

500

1000

1500

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

50

Tratamiento no esteacuteril Analgeacutesicos

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

46

Cipro

floxa

cin

Oflo

xacin

Clarit

hrom

ycin

Sulfam

etho

xazo

le

Azith

rom

ycin

Met

ronida

zole

Met

ronida

zole-O

H

Trim

etho

prim

Dim

etrid

azole

Ron

idaz

ole

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

35

40

100

150

200

250

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Antibioacuteticos

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

101

1-ep

oxy

CBZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Car

bam

azep

ine

Acr

idon

e

Lora

zepa

m

Cita

lopr

am

Ven

lafaxine

Pra

vast

atin

Olanz

apine

Ser

tralin

e

Fluox

etine

Par

oxet

ine

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

000

025

050

075

100

400800

120016002000

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Faacutermacos de uso psiquiaacutetrico

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Ben

zotri

azole

OP2E

O

Eth

ylpa

rabe

n

Pro

pylpar

aben

BPA

OP

Con

cen

tration

(micro

g L

-1)

0

2

4

6

8

10

20

30

40

50

60

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Compuestos disruptores endocrinos

70 eliminacioacute

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Famiacutelia faacutermacos Tratamiento esteacuteril Tratamiento no esteacuteril

Carga inicial (microg)

Eliminacioacuten ()

Carga inicial (microg)

Eliminacioacute ()

Analgegravesics 1475 180 993 1511 179 988 Antibiogravetics 569 69 861 239 28 908 Cafeiumlna 757 92 79 1490 177 384 EDC 124 15 813 704 84 744 Iopromida 1046 128 755 4197 498 340 Altres fagravermacs 557 68 862 177 21 863 Psiquiagravetrics 3658 447 937 108 13 954 Cantidad total 8185 100 832 8427 100 533

Tratamiento adecuado para degradar faacutermacos en efluents de hospital

Siguiente objetivo Tratamiento en continuo de efluentes

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Fungal inoculated (I)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Non-inoculated (NI)

Non-sterile continuous

treatments of real effluents

VHW treatment

(

) Glucose concentration

(

) COD

(

) Laccase activity

(darr) Fungal biomass partial renovation

(mdash) Glucose addition rate

2 HRT studied

Decrease in laccase activity even with partial biomass renovation

Fungal inoculated (I)

Casas et al 2013 Env Technol 34 113

Glucose 026 g g DCW d

Ammonium 12 mg g DCW d

No glucose accumulation

Need for nutrients

Previous studies in synthetic

media and sterile conditions

CRT

Blaacutenquez et al 2006 Water Res 40 1650

CRT 21 days

13 biomass renovation every 7 days

CRT of 15 days

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Que es lo que sucede

Se muere el hongo aunque estamos renovando la

biomasa no hay suficiente hongo

No hay degradacioacuten

52

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

VHW treatment (2)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

NH4+ addition

PhACs removal

Fungal inoculated (I)

Non-inoculated (NI)

(

) Wastewater (Influent)

(

) Reactor effluent

The analyses have

been performed by

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Microbial community assessment (DGGE)

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Time

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Trametes versicolor

Candida spp

Fusarium solani

Unknown

T versicolor survived until the end of the treatment

laccase activity is not a good indicator

ESCENARIOS DE GESTIOacuteN DE EFLUENTES DE HOSPITAL

EDAR

No eliminacioacuten

de faacutermacos

Dilucioacuten en

el efluente

urbano

Aguas

urbanas

Fong

No eliminacioacuten

de DQO

Hongo Aguas

urbanas

EDAR

HOSPITAL

Srsquoha comprovat la capacitat de T versicolor per degradar fagravermacs

Badiacutea-Fabregat et al 2014 Rodriacuteguez-Rodriacuteguez et al 2014 Cruz-Moratoacute et al 2013

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Inconvenients al tractament drsquo

aiguumles drsquohospitals reals

- Necessitat drsquoaddicionar nutrients - Competegravencia amb bacteris

Possibles solucions Estrategravegies

- Pretractament de lrsquoefluent - Altres configuracions de reactors - Canvi en la font de carboni

Posada a punt del sistema TRH Relacioacute QRQL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

1 2 3

4

5

6

7

1 Tanc drsquoalimentacioacute 2 Tanc de mescla 3 Tanc drsquoeluents de

sortida 4 Bomba de recirculacioacute 5 Bioreactor 6 Entrada drsquoaire 7 Controlador de pH

TRH 3d

QL

QR

QL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

Desenvolupament processos

Efluent hospital

real (HWW)

Aiguumles residuals urbanes

(UWW)

Trametes versicolor

T versicolor crescut sobre fusta

Filtre percolador amb T versicolor crescut sobre fusta

Microalgues Degradacioacute a

escala Erlenmeyer Fotobioreactor FBR

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 43: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

101

1-ep

oxyC

BZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Cipro

floxa

cin

50

100

150

200

250

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

Cef

alex

in

Ibup

rofe

n

Aceta

minop

hen

Azitro

micin

1

2

3

4

Ketop

rofe

n

Propr

anolol

Cita

lopr

am

Car

bamaz

epine

Acridon

e

Con

cen

tracioacute

(micro

g L

-1)

000

003

006

009

012

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS (Vila Universitaria de la UAB)

Tratamiento no esteril en batch

Eliminacioacuten completa del 70 de los faacutermacos detectados

Inicial

15 min

6 h

1 d

2 d

5 d

8 d

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Comparacioacuten de la eliminacioacuten de los faacutermacos por el

hongo versus lodos activados (bibliografia)

Grup Fagravermac Concentracioacute

(microg L-1)

Eliminacioacute estegraveril

()

Eliminacioacute no estegraveril

()

Eliminacioacute per llots activats

() Analgegravesics Acetaminofen 387 100 100 82-99

Ibuprofen 1261 100 100 82-99 Ketoprofen lt048 35 100 lt50 Codeina 002 100 - lt82 Antibiogravetics Azitromicin 431 - 100 lt40

Ciprofloxacin 8471 - 35 50-96 (adsorcioacute) Cefalexin 059 - -51 96 β-blockers Propanolol 006 - 100 59-70 Psiquiatrics Carbamazepina 07 -37 Augmenta lt20 Augmenta

1011- epoxy CBZ 755 100 79 - 2-Hydroxy CBZ 1638 46 100 -

Acridone 101 100 Augmenta - Citalopram 01 100 100 -

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Porcentajes de eliminacioacuten superiores en el tratamiento por hongos

Problema cuantificacioacuten inicial de carbamazepina conjugacioacuten

Ace

tam

inop

hen

Ibup

rofen

Ket

opro

fen

Nap

roxe

n

Salicylic a

cid

Cod

eine

Phe

nazo

ne

Dex

amet

haso

ne

Diclofena

c

Piro

xica

m

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

500

1000

1500

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

50

Tratamiento no esteacuteril Analgeacutesicos

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

46

Cipro

floxa

cin

Oflo

xacin

Clarit

hrom

ycin

Sulfam

etho

xazo

le

Azith

rom

ycin

Met

ronida

zole

Met

ronida

zole-O

H

Trim

etho

prim

Dim

etrid

azole

Ron

idaz

ole

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

35

40

100

150

200

250

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Antibioacuteticos

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

101

1-ep

oxy

CBZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Car

bam

azep

ine

Acr

idon

e

Lora

zepa

m

Cita

lopr

am

Ven

lafaxine

Pra

vast

atin

Olanz

apine

Ser

tralin

e

Fluox

etine

Par

oxet

ine

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

000

025

050

075

100

400800

120016002000

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Faacutermacos de uso psiquiaacutetrico

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Ben

zotri

azole

OP2E

O

Eth

ylpa

rabe

n

Pro

pylpar

aben

BPA

OP

Con

cen

tration

(micro

g L

-1)

0

2

4

6

8

10

20

30

40

50

60

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Compuestos disruptores endocrinos

70 eliminacioacute

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Famiacutelia faacutermacos Tratamiento esteacuteril Tratamiento no esteacuteril

Carga inicial (microg)

Eliminacioacuten ()

Carga inicial (microg)

Eliminacioacute ()

Analgegravesics 1475 180 993 1511 179 988 Antibiogravetics 569 69 861 239 28 908 Cafeiumlna 757 92 79 1490 177 384 EDC 124 15 813 704 84 744 Iopromida 1046 128 755 4197 498 340 Altres fagravermacs 557 68 862 177 21 863 Psiquiagravetrics 3658 447 937 108 13 954 Cantidad total 8185 100 832 8427 100 533

Tratamiento adecuado para degradar faacutermacos en efluents de hospital

Siguiente objetivo Tratamiento en continuo de efluentes

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Fungal inoculated (I)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Non-inoculated (NI)

Non-sterile continuous

treatments of real effluents

VHW treatment

(

) Glucose concentration

(

) COD

(

) Laccase activity

(darr) Fungal biomass partial renovation

(mdash) Glucose addition rate

2 HRT studied

Decrease in laccase activity even with partial biomass renovation

Fungal inoculated (I)

Casas et al 2013 Env Technol 34 113

Glucose 026 g g DCW d

Ammonium 12 mg g DCW d

No glucose accumulation

Need for nutrients

Previous studies in synthetic

media and sterile conditions

CRT

Blaacutenquez et al 2006 Water Res 40 1650

CRT 21 days

13 biomass renovation every 7 days

CRT of 15 days

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Que es lo que sucede

Se muere el hongo aunque estamos renovando la

biomasa no hay suficiente hongo

No hay degradacioacuten

52

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

VHW treatment (2)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

NH4+ addition

PhACs removal

Fungal inoculated (I)

Non-inoculated (NI)

(

) Wastewater (Influent)

(

) Reactor effluent

The analyses have

been performed by

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Microbial community assessment (DGGE)

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Time

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Trametes versicolor

Candida spp

Fusarium solani

Unknown

T versicolor survived until the end of the treatment

laccase activity is not a good indicator

ESCENARIOS DE GESTIOacuteN DE EFLUENTES DE HOSPITAL

EDAR

No eliminacioacuten

de faacutermacos

Dilucioacuten en

el efluente

urbano

Aguas

urbanas

Fong

No eliminacioacuten

de DQO

Hongo Aguas

urbanas

EDAR

HOSPITAL

Srsquoha comprovat la capacitat de T versicolor per degradar fagravermacs

Badiacutea-Fabregat et al 2014 Rodriacuteguez-Rodriacuteguez et al 2014 Cruz-Moratoacute et al 2013

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Inconvenients al tractament drsquo

aiguumles drsquohospitals reals

- Necessitat drsquoaddicionar nutrients - Competegravencia amb bacteris

Possibles solucions Estrategravegies

- Pretractament de lrsquoefluent - Altres configuracions de reactors - Canvi en la font de carboni

Posada a punt del sistema TRH Relacioacute QRQL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

1 2 3

4

5

6

7

1 Tanc drsquoalimentacioacute 2 Tanc de mescla 3 Tanc drsquoeluents de

sortida 4 Bomba de recirculacioacute 5 Bioreactor 6 Entrada drsquoaire 7 Controlador de pH

TRH 3d

QL

QR

QL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

Desenvolupament processos

Efluent hospital

real (HWW)

Aiguumles residuals urbanes

(UWW)

Trametes versicolor

T versicolor crescut sobre fusta

Filtre percolador amb T versicolor crescut sobre fusta

Microalgues Degradacioacute a

escala Erlenmeyer Fotobioreactor FBR

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 44: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

Comparacioacuten de la eliminacioacuten de los faacutermacos por el

hongo versus lodos activados (bibliografia)

Grup Fagravermac Concentracioacute

(microg L-1)

Eliminacioacute estegraveril

()

Eliminacioacute no estegraveril

()

Eliminacioacute per llots activats

() Analgegravesics Acetaminofen 387 100 100 82-99

Ibuprofen 1261 100 100 82-99 Ketoprofen lt048 35 100 lt50 Codeina 002 100 - lt82 Antibiogravetics Azitromicin 431 - 100 lt40

Ciprofloxacin 8471 - 35 50-96 (adsorcioacute) Cefalexin 059 - -51 96 β-blockers Propanolol 006 - 100 59-70 Psiquiatrics Carbamazepina 07 -37 Augmenta lt20 Augmenta

1011- epoxy CBZ 755 100 79 - 2-Hydroxy CBZ 1638 46 100 -

Acridone 101 100 Augmenta - Citalopram 01 100 100 -

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES URBANAS

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Porcentajes de eliminacioacuten superiores en el tratamiento por hongos

Problema cuantificacioacuten inicial de carbamazepina conjugacioacuten

Ace

tam

inop

hen

Ibup

rofen

Ket

opro

fen

Nap

roxe

n

Salicylic a

cid

Cod

eine

Phe

nazo

ne

Dex

amet

haso

ne

Diclofena

c

Piro

xica

m

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

500

1000

1500

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

50

Tratamiento no esteacuteril Analgeacutesicos

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

46

Cipro

floxa

cin

Oflo

xacin

Clarit

hrom

ycin

Sulfam

etho

xazo

le

Azith

rom

ycin

Met

ronida

zole

Met

ronida

zole-O

H

Trim

etho

prim

Dim

etrid

azole

Ron

idaz

ole

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

35

40

100

150

200

250

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Antibioacuteticos

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

101

1-ep

oxy

CBZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Car

bam

azep

ine

Acr

idon

e

Lora

zepa

m

Cita

lopr

am

Ven

lafaxine

Pra

vast

atin

Olanz

apine

Ser

tralin

e

Fluox

etine

Par

oxet

ine

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

000

025

050

075

100

400800

120016002000

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Faacutermacos de uso psiquiaacutetrico

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Ben

zotri

azole

OP2E

O

Eth

ylpa

rabe

n

Pro

pylpar

aben

BPA

OP

Con

cen

tration

(micro

g L

-1)

0

2

4

6

8

10

20

30

40

50

60

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Compuestos disruptores endocrinos

70 eliminacioacute

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Famiacutelia faacutermacos Tratamiento esteacuteril Tratamiento no esteacuteril

Carga inicial (microg)

Eliminacioacuten ()

Carga inicial (microg)

Eliminacioacute ()

Analgegravesics 1475 180 993 1511 179 988 Antibiogravetics 569 69 861 239 28 908 Cafeiumlna 757 92 79 1490 177 384 EDC 124 15 813 704 84 744 Iopromida 1046 128 755 4197 498 340 Altres fagravermacs 557 68 862 177 21 863 Psiquiagravetrics 3658 447 937 108 13 954 Cantidad total 8185 100 832 8427 100 533

Tratamiento adecuado para degradar faacutermacos en efluents de hospital

Siguiente objetivo Tratamiento en continuo de efluentes

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Fungal inoculated (I)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Non-inoculated (NI)

Non-sterile continuous

treatments of real effluents

VHW treatment

(

) Glucose concentration

(

) COD

(

) Laccase activity

(darr) Fungal biomass partial renovation

(mdash) Glucose addition rate

2 HRT studied

Decrease in laccase activity even with partial biomass renovation

Fungal inoculated (I)

Casas et al 2013 Env Technol 34 113

Glucose 026 g g DCW d

Ammonium 12 mg g DCW d

No glucose accumulation

Need for nutrients

Previous studies in synthetic

media and sterile conditions

CRT

Blaacutenquez et al 2006 Water Res 40 1650

CRT 21 days

13 biomass renovation every 7 days

CRT of 15 days

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Que es lo que sucede

Se muere el hongo aunque estamos renovando la

biomasa no hay suficiente hongo

No hay degradacioacuten

52

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

VHW treatment (2)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

NH4+ addition

PhACs removal

Fungal inoculated (I)

Non-inoculated (NI)

(

) Wastewater (Influent)

(

) Reactor effluent

The analyses have

been performed by

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Microbial community assessment (DGGE)

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Time

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Trametes versicolor

Candida spp

Fusarium solani

Unknown

T versicolor survived until the end of the treatment

laccase activity is not a good indicator

ESCENARIOS DE GESTIOacuteN DE EFLUENTES DE HOSPITAL

EDAR

No eliminacioacuten

de faacutermacos

Dilucioacuten en

el efluente

urbano

Aguas

urbanas

Fong

No eliminacioacuten

de DQO

Hongo Aguas

urbanas

EDAR

HOSPITAL

Srsquoha comprovat la capacitat de T versicolor per degradar fagravermacs

Badiacutea-Fabregat et al 2014 Rodriacuteguez-Rodriacuteguez et al 2014 Cruz-Moratoacute et al 2013

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Inconvenients al tractament drsquo

aiguumles drsquohospitals reals

- Necessitat drsquoaddicionar nutrients - Competegravencia amb bacteris

Possibles solucions Estrategravegies

- Pretractament de lrsquoefluent - Altres configuracions de reactors - Canvi en la font de carboni

Posada a punt del sistema TRH Relacioacute QRQL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

1 2 3

4

5

6

7

1 Tanc drsquoalimentacioacute 2 Tanc de mescla 3 Tanc drsquoeluents de

sortida 4 Bomba de recirculacioacute 5 Bioreactor 6 Entrada drsquoaire 7 Controlador de pH

TRH 3d

QL

QR

QL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

Desenvolupament processos

Efluent hospital

real (HWW)

Aiguumles residuals urbanes

(UWW)

Trametes versicolor

T versicolor crescut sobre fusta

Filtre percolador amb T versicolor crescut sobre fusta

Microalgues Degradacioacute a

escala Erlenmeyer Fotobioreactor FBR

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

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Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 45: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

Ace

tam

inop

hen

Ibup

rofen

Ket

opro

fen

Nap

roxe

n

Salicylic a

cid

Cod

eine

Phe

nazo

ne

Dex

amet

haso

ne

Diclofena

c

Piro

xica

m

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

500

1000

1500

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

50

Tratamiento no esteacuteril Analgeacutesicos

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

46

Cipro

floxa

cin

Oflo

xacin

Clarit

hrom

ycin

Sulfam

etho

xazo

le

Azith

rom

ycin

Met

ronida

zole

Met

ronida

zole-O

H

Trim

etho

prim

Dim

etrid

azole

Ron

idaz

ole

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

35

40

100

150

200

250

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Antibioacuteticos

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

101

1-ep

oxy

CBZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Car

bam

azep

ine

Acr

idon

e

Lora

zepa

m

Cita

lopr

am

Ven

lafaxine

Pra

vast

atin

Olanz

apine

Ser

tralin

e

Fluox

etine

Par

oxet

ine

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

000

025

050

075

100

400800

120016002000

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Faacutermacos de uso psiquiaacutetrico

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Ben

zotri

azole

OP2E

O

Eth

ylpa

rabe

n

Pro

pylpar

aben

BPA

OP

Con

cen

tration

(micro

g L

-1)

0

2

4

6

8

10

20

30

40

50

60

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Compuestos disruptores endocrinos

70 eliminacioacute

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Famiacutelia faacutermacos Tratamiento esteacuteril Tratamiento no esteacuteril

Carga inicial (microg)

Eliminacioacuten ()

Carga inicial (microg)

Eliminacioacute ()

Analgegravesics 1475 180 993 1511 179 988 Antibiogravetics 569 69 861 239 28 908 Cafeiumlna 757 92 79 1490 177 384 EDC 124 15 813 704 84 744 Iopromida 1046 128 755 4197 498 340 Altres fagravermacs 557 68 862 177 21 863 Psiquiagravetrics 3658 447 937 108 13 954 Cantidad total 8185 100 832 8427 100 533

Tratamiento adecuado para degradar faacutermacos en efluents de hospital

Siguiente objetivo Tratamiento en continuo de efluentes

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Fungal inoculated (I)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Non-inoculated (NI)

Non-sterile continuous

treatments of real effluents

VHW treatment

(

) Glucose concentration

(

) COD

(

) Laccase activity

(darr) Fungal biomass partial renovation

(mdash) Glucose addition rate

2 HRT studied

Decrease in laccase activity even with partial biomass renovation

Fungal inoculated (I)

Casas et al 2013 Env Technol 34 113

Glucose 026 g g DCW d

Ammonium 12 mg g DCW d

No glucose accumulation

Need for nutrients

Previous studies in synthetic

media and sterile conditions

CRT

Blaacutenquez et al 2006 Water Res 40 1650

CRT 21 days

13 biomass renovation every 7 days

CRT of 15 days

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Que es lo que sucede

Se muere el hongo aunque estamos renovando la

biomasa no hay suficiente hongo

No hay degradacioacuten

52

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

VHW treatment (2)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

NH4+ addition

PhACs removal

Fungal inoculated (I)

Non-inoculated (NI)

(

) Wastewater (Influent)

(

) Reactor effluent

The analyses have

been performed by

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Microbial community assessment (DGGE)

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Time

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Trametes versicolor

Candida spp

Fusarium solani

Unknown

T versicolor survived until the end of the treatment

laccase activity is not a good indicator

ESCENARIOS DE GESTIOacuteN DE EFLUENTES DE HOSPITAL

EDAR

No eliminacioacuten

de faacutermacos

Dilucioacuten en

el efluente

urbano

Aguas

urbanas

Fong

No eliminacioacuten

de DQO

Hongo Aguas

urbanas

EDAR

HOSPITAL

Srsquoha comprovat la capacitat de T versicolor per degradar fagravermacs

Badiacutea-Fabregat et al 2014 Rodriacuteguez-Rodriacuteguez et al 2014 Cruz-Moratoacute et al 2013

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Inconvenients al tractament drsquo

aiguumles drsquohospitals reals

- Necessitat drsquoaddicionar nutrients - Competegravencia amb bacteris

Possibles solucions Estrategravegies

- Pretractament de lrsquoefluent - Altres configuracions de reactors - Canvi en la font de carboni

Posada a punt del sistema TRH Relacioacute QRQL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

1 2 3

4

5

6

7

1 Tanc drsquoalimentacioacute 2 Tanc de mescla 3 Tanc drsquoeluents de

sortida 4 Bomba de recirculacioacute 5 Bioreactor 6 Entrada drsquoaire 7 Controlador de pH

TRH 3d

QL

QR

QL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

Desenvolupament processos

Efluent hospital

real (HWW)

Aiguumles residuals urbanes

(UWW)

Trametes versicolor

T versicolor crescut sobre fusta

Filtre percolador amb T versicolor crescut sobre fusta

Microalgues Degradacioacute a

escala Erlenmeyer Fotobioreactor FBR

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

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cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

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C C

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TCE

C C

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C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

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Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 46: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

46

Cipro

floxa

cin

Oflo

xacin

Clarit

hrom

ycin

Sulfam

etho

xazo

le

Azith

rom

ycin

Met

ronida

zole

Met

ronida

zole-O

H

Trim

etho

prim

Dim

etrid

azole

Ron

idaz

ole

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

00

05

10

15

20

25

30

35

40

100

150

200

250

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Antibioacuteticos

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

101

1-ep

oxy

CBZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Car

bam

azep

ine

Acr

idon

e

Lora

zepa

m

Cita

lopr

am

Ven

lafaxine

Pra

vast

atin

Olanz

apine

Ser

tralin

e

Fluox

etine

Par

oxet

ine

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

000

025

050

075

100

400800

120016002000

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Faacutermacos de uso psiquiaacutetrico

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Ben

zotri

azole

OP2E

O

Eth

ylpa

rabe

n

Pro

pylpar

aben

BPA

OP

Con

cen

tration

(micro

g L

-1)

0

2

4

6

8

10

20

30

40

50

60

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Compuestos disruptores endocrinos

70 eliminacioacute

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Famiacutelia faacutermacos Tratamiento esteacuteril Tratamiento no esteacuteril

Carga inicial (microg)

Eliminacioacuten ()

Carga inicial (microg)

Eliminacioacute ()

Analgegravesics 1475 180 993 1511 179 988 Antibiogravetics 569 69 861 239 28 908 Cafeiumlna 757 92 79 1490 177 384 EDC 124 15 813 704 84 744 Iopromida 1046 128 755 4197 498 340 Altres fagravermacs 557 68 862 177 21 863 Psiquiagravetrics 3658 447 937 108 13 954 Cantidad total 8185 100 832 8427 100 533

Tratamiento adecuado para degradar faacutermacos en efluents de hospital

Siguiente objetivo Tratamiento en continuo de efluentes

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Fungal inoculated (I)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Non-inoculated (NI)

Non-sterile continuous

treatments of real effluents

VHW treatment

(

) Glucose concentration

(

) COD

(

) Laccase activity

(darr) Fungal biomass partial renovation

(mdash) Glucose addition rate

2 HRT studied

Decrease in laccase activity even with partial biomass renovation

Fungal inoculated (I)

Casas et al 2013 Env Technol 34 113

Glucose 026 g g DCW d

Ammonium 12 mg g DCW d

No glucose accumulation

Need for nutrients

Previous studies in synthetic

media and sterile conditions

CRT

Blaacutenquez et al 2006 Water Res 40 1650

CRT 21 days

13 biomass renovation every 7 days

CRT of 15 days

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Que es lo que sucede

Se muere el hongo aunque estamos renovando la

biomasa no hay suficiente hongo

No hay degradacioacuten

52

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

VHW treatment (2)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

NH4+ addition

PhACs removal

Fungal inoculated (I)

Non-inoculated (NI)

(

) Wastewater (Influent)

(

) Reactor effluent

The analyses have

been performed by

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Microbial community assessment (DGGE)

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Time

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Trametes versicolor

Candida spp

Fusarium solani

Unknown

T versicolor survived until the end of the treatment

laccase activity is not a good indicator

ESCENARIOS DE GESTIOacuteN DE EFLUENTES DE HOSPITAL

EDAR

No eliminacioacuten

de faacutermacos

Dilucioacuten en

el efluente

urbano

Aguas

urbanas

Fong

No eliminacioacuten

de DQO

Hongo Aguas

urbanas

EDAR

HOSPITAL

Srsquoha comprovat la capacitat de T versicolor per degradar fagravermacs

Badiacutea-Fabregat et al 2014 Rodriacuteguez-Rodriacuteguez et al 2014 Cruz-Moratoacute et al 2013

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Inconvenients al tractament drsquo

aiguumles drsquohospitals reals

- Necessitat drsquoaddicionar nutrients - Competegravencia amb bacteris

Possibles solucions Estrategravegies

- Pretractament de lrsquoefluent - Altres configuracions de reactors - Canvi en la font de carboni

Posada a punt del sistema TRH Relacioacute QRQL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

1 2 3

4

5

6

7

1 Tanc drsquoalimentacioacute 2 Tanc de mescla 3 Tanc drsquoeluents de

sortida 4 Bomba de recirculacioacute 5 Bioreactor 6 Entrada drsquoaire 7 Controlador de pH

TRH 3d

QL

QR

QL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

Desenvolupament processos

Efluent hospital

real (HWW)

Aiguumles residuals urbanes

(UWW)

Trametes versicolor

T versicolor crescut sobre fusta

Filtre percolador amb T versicolor crescut sobre fusta

Microalgues Degradacioacute a

escala Erlenmeyer Fotobioreactor FBR

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 47: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

101

1-ep

oxy

CBZ

2-Hyd

roxy

CBZ

Car

bam

azep

ine

Acr

idon

e

Lora

zepa

m

Cita

lopr

am

Ven

lafaxine

Pra

vast

atin

Olanz

apine

Ser

tralin

e

Fluox

etine

Par

oxet

ine

Co

nce

ntr

atio

n (

microg

L-1

)

000

025

050

075

100

400800

120016002000

Initial

30 min

5 h

1 d

2 d

5 d

8 d

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Faacutermacos de uso psiquiaacutetrico

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Ben

zotri

azole

OP2E

O

Eth

ylpa

rabe

n

Pro

pylpar

aben

BPA

OP

Con

cen

tration

(micro

g L

-1)

0

2

4

6

8

10

20

30

40

50

60

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Compuestos disruptores endocrinos

70 eliminacioacute

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Famiacutelia faacutermacos Tratamiento esteacuteril Tratamiento no esteacuteril

Carga inicial (microg)

Eliminacioacuten ()

Carga inicial (microg)

Eliminacioacute ()

Analgegravesics 1475 180 993 1511 179 988 Antibiogravetics 569 69 861 239 28 908 Cafeiumlna 757 92 79 1490 177 384 EDC 124 15 813 704 84 744 Iopromida 1046 128 755 4197 498 340 Altres fagravermacs 557 68 862 177 21 863 Psiquiagravetrics 3658 447 937 108 13 954 Cantidad total 8185 100 832 8427 100 533

Tratamiento adecuado para degradar faacutermacos en efluents de hospital

Siguiente objetivo Tratamiento en continuo de efluentes

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Fungal inoculated (I)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Non-inoculated (NI)

Non-sterile continuous

treatments of real effluents

VHW treatment

(

) Glucose concentration

(

) COD

(

) Laccase activity

(darr) Fungal biomass partial renovation

(mdash) Glucose addition rate

2 HRT studied

Decrease in laccase activity even with partial biomass renovation

Fungal inoculated (I)

Casas et al 2013 Env Technol 34 113

Glucose 026 g g DCW d

Ammonium 12 mg g DCW d

No glucose accumulation

Need for nutrients

Previous studies in synthetic

media and sterile conditions

CRT

Blaacutenquez et al 2006 Water Res 40 1650

CRT 21 days

13 biomass renovation every 7 days

CRT of 15 days

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Que es lo que sucede

Se muere el hongo aunque estamos renovando la

biomasa no hay suficiente hongo

No hay degradacioacuten

52

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

VHW treatment (2)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

NH4+ addition

PhACs removal

Fungal inoculated (I)

Non-inoculated (NI)

(

) Wastewater (Influent)

(

) Reactor effluent

The analyses have

been performed by

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Microbial community assessment (DGGE)

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Time

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Trametes versicolor

Candida spp

Fusarium solani

Unknown

T versicolor survived until the end of the treatment

laccase activity is not a good indicator

ESCENARIOS DE GESTIOacuteN DE EFLUENTES DE HOSPITAL

EDAR

No eliminacioacuten

de faacutermacos

Dilucioacuten en

el efluente

urbano

Aguas

urbanas

Fong

No eliminacioacuten

de DQO

Hongo Aguas

urbanas

EDAR

HOSPITAL

Srsquoha comprovat la capacitat de T versicolor per degradar fagravermacs

Badiacutea-Fabregat et al 2014 Rodriacuteguez-Rodriacuteguez et al 2014 Cruz-Moratoacute et al 2013

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Inconvenients al tractament drsquo

aiguumles drsquohospitals reals

- Necessitat drsquoaddicionar nutrients - Competegravencia amb bacteris

Possibles solucions Estrategravegies

- Pretractament de lrsquoefluent - Altres configuracions de reactors - Canvi en la font de carboni

Posada a punt del sistema TRH Relacioacute QRQL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

1 2 3

4

5

6

7

1 Tanc drsquoalimentacioacute 2 Tanc de mescla 3 Tanc drsquoeluents de

sortida 4 Bomba de recirculacioacute 5 Bioreactor 6 Entrada drsquoaire 7 Controlador de pH

TRH 3d

QL

QR

QL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

Desenvolupament processos

Efluent hospital

real (HWW)

Aiguumles residuals urbanes

(UWW)

Trametes versicolor

T versicolor crescut sobre fusta

Filtre percolador amb T versicolor crescut sobre fusta

Microalgues Degradacioacute a

escala Erlenmeyer Fotobioreactor FBR

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 48: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

Ben

zotri

azole

OP2E

O

Eth

ylpa

rabe

n

Pro

pylpar

aben

BPA

OP

Con

cen

tration

(micro

g L

-1)

0

2

4

6

8

10

20

30

40

50

60

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

Tratamiento no esteacuteril Compuestos disruptores endocrinos

70 eliminacioacute

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Famiacutelia faacutermacos Tratamiento esteacuteril Tratamiento no esteacuteril

Carga inicial (microg)

Eliminacioacuten ()

Carga inicial (microg)

Eliminacioacute ()

Analgegravesics 1475 180 993 1511 179 988 Antibiogravetics 569 69 861 239 28 908 Cafeiumlna 757 92 79 1490 177 384 EDC 124 15 813 704 84 744 Iopromida 1046 128 755 4197 498 340 Altres fagravermacs 557 68 862 177 21 863 Psiquiagravetrics 3658 447 937 108 13 954 Cantidad total 8185 100 832 8427 100 533

Tratamiento adecuado para degradar faacutermacos en efluents de hospital

Siguiente objetivo Tratamiento en continuo de efluentes

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Fungal inoculated (I)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Non-inoculated (NI)

Non-sterile continuous

treatments of real effluents

VHW treatment

(

) Glucose concentration

(

) COD

(

) Laccase activity

(darr) Fungal biomass partial renovation

(mdash) Glucose addition rate

2 HRT studied

Decrease in laccase activity even with partial biomass renovation

Fungal inoculated (I)

Casas et al 2013 Env Technol 34 113

Glucose 026 g g DCW d

Ammonium 12 mg g DCW d

No glucose accumulation

Need for nutrients

Previous studies in synthetic

media and sterile conditions

CRT

Blaacutenquez et al 2006 Water Res 40 1650

CRT 21 days

13 biomass renovation every 7 days

CRT of 15 days

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Que es lo que sucede

Se muere el hongo aunque estamos renovando la

biomasa no hay suficiente hongo

No hay degradacioacuten

52

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

VHW treatment (2)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

NH4+ addition

PhACs removal

Fungal inoculated (I)

Non-inoculated (NI)

(

) Wastewater (Influent)

(

) Reactor effluent

The analyses have

been performed by

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Microbial community assessment (DGGE)

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Time

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Trametes versicolor

Candida spp

Fusarium solani

Unknown

T versicolor survived until the end of the treatment

laccase activity is not a good indicator

ESCENARIOS DE GESTIOacuteN DE EFLUENTES DE HOSPITAL

EDAR

No eliminacioacuten

de faacutermacos

Dilucioacuten en

el efluente

urbano

Aguas

urbanas

Fong

No eliminacioacuten

de DQO

Hongo Aguas

urbanas

EDAR

HOSPITAL

Srsquoha comprovat la capacitat de T versicolor per degradar fagravermacs

Badiacutea-Fabregat et al 2014 Rodriacuteguez-Rodriacuteguez et al 2014 Cruz-Moratoacute et al 2013

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Inconvenients al tractament drsquo

aiguumles drsquohospitals reals

- Necessitat drsquoaddicionar nutrients - Competegravencia amb bacteris

Possibles solucions Estrategravegies

- Pretractament de lrsquoefluent - Altres configuracions de reactors - Canvi en la font de carboni

Posada a punt del sistema TRH Relacioacute QRQL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

1 2 3

4

5

6

7

1 Tanc drsquoalimentacioacute 2 Tanc de mescla 3 Tanc drsquoeluents de

sortida 4 Bomba de recirculacioacute 5 Bioreactor 6 Entrada drsquoaire 7 Controlador de pH

TRH 3d

QL

QR

QL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

Desenvolupament processos

Efluent hospital

real (HWW)

Aiguumles residuals urbanes

(UWW)

Trametes versicolor

T versicolor crescut sobre fusta

Filtre percolador amb T versicolor crescut sobre fusta

Microalgues Degradacioacute a

escala Erlenmeyer Fotobioreactor FBR

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 49: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

Famiacutelia faacutermacos Tratamiento esteacuteril Tratamiento no esteacuteril

Carga inicial (microg)

Eliminacioacuten ()

Carga inicial (microg)

Eliminacioacute ()

Analgegravesics 1475 180 993 1511 179 988 Antibiogravetics 569 69 861 239 28 908 Cafeiumlna 757 92 79 1490 177 384 EDC 124 15 813 704 84 744 Iopromida 1046 128 755 4197 498 340 Altres fagravermacs 557 68 862 177 21 863 Psiquiagravetrics 3658 447 937 108 13 954 Cantidad total 8185 100 832 8427 100 533

Tratamiento adecuado para degradar faacutermacos en efluents de hospital

Siguiente objetivo Tratamiento en continuo de efluentes

RESULTADOS AGUAS RESIDUALES DE HOSPITAL

TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Fungal inoculated (I)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Non-inoculated (NI)

Non-sterile continuous

treatments of real effluents

VHW treatment

(

) Glucose concentration

(

) COD

(

) Laccase activity

(darr) Fungal biomass partial renovation

(mdash) Glucose addition rate

2 HRT studied

Decrease in laccase activity even with partial biomass renovation

Fungal inoculated (I)

Casas et al 2013 Env Technol 34 113

Glucose 026 g g DCW d

Ammonium 12 mg g DCW d

No glucose accumulation

Need for nutrients

Previous studies in synthetic

media and sterile conditions

CRT

Blaacutenquez et al 2006 Water Res 40 1650

CRT 21 days

13 biomass renovation every 7 days

CRT of 15 days

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Que es lo que sucede

Se muere el hongo aunque estamos renovando la

biomasa no hay suficiente hongo

No hay degradacioacuten

52

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

VHW treatment (2)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

NH4+ addition

PhACs removal

Fungal inoculated (I)

Non-inoculated (NI)

(

) Wastewater (Influent)

(

) Reactor effluent

The analyses have

been performed by

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Microbial community assessment (DGGE)

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Time

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Trametes versicolor

Candida spp

Fusarium solani

Unknown

T versicolor survived until the end of the treatment

laccase activity is not a good indicator

ESCENARIOS DE GESTIOacuteN DE EFLUENTES DE HOSPITAL

EDAR

No eliminacioacuten

de faacutermacos

Dilucioacuten en

el efluente

urbano

Aguas

urbanas

Fong

No eliminacioacuten

de DQO

Hongo Aguas

urbanas

EDAR

HOSPITAL

Srsquoha comprovat la capacitat de T versicolor per degradar fagravermacs

Badiacutea-Fabregat et al 2014 Rodriacuteguez-Rodriacuteguez et al 2014 Cruz-Moratoacute et al 2013

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Inconvenients al tractament drsquo

aiguumles drsquohospitals reals

- Necessitat drsquoaddicionar nutrients - Competegravencia amb bacteris

Possibles solucions Estrategravegies

- Pretractament de lrsquoefluent - Altres configuracions de reactors - Canvi en la font de carboni

Posada a punt del sistema TRH Relacioacute QRQL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

1 2 3

4

5

6

7

1 Tanc drsquoalimentacioacute 2 Tanc de mescla 3 Tanc drsquoeluents de

sortida 4 Bomba de recirculacioacute 5 Bioreactor 6 Entrada drsquoaire 7 Controlador de pH

TRH 3d

QL

QR

QL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

Desenvolupament processos

Efluent hospital

real (HWW)

Aiguumles residuals urbanes

(UWW)

Trametes versicolor

T versicolor crescut sobre fusta

Filtre percolador amb T versicolor crescut sobre fusta

Microalgues Degradacioacute a

escala Erlenmeyer Fotobioreactor FBR

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 50: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

Fungal inoculated (I)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Non-inoculated (NI)

Non-sterile continuous

treatments of real effluents

VHW treatment

(

) Glucose concentration

(

) COD

(

) Laccase activity

(darr) Fungal biomass partial renovation

(mdash) Glucose addition rate

2 HRT studied

Decrease in laccase activity even with partial biomass renovation

Fungal inoculated (I)

Casas et al 2013 Env Technol 34 113

Glucose 026 g g DCW d

Ammonium 12 mg g DCW d

No glucose accumulation

Need for nutrients

Previous studies in synthetic

media and sterile conditions

CRT

Blaacutenquez et al 2006 Water Res 40 1650

CRT 21 days

13 biomass renovation every 7 days

CRT of 15 days

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Que es lo que sucede

Se muere el hongo aunque estamos renovando la

biomasa no hay suficiente hongo

No hay degradacioacuten

52

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

VHW treatment (2)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

NH4+ addition

PhACs removal

Fungal inoculated (I)

Non-inoculated (NI)

(

) Wastewater (Influent)

(

) Reactor effluent

The analyses have

been performed by

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Microbial community assessment (DGGE)

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Time

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Trametes versicolor

Candida spp

Fusarium solani

Unknown

T versicolor survived until the end of the treatment

laccase activity is not a good indicator

ESCENARIOS DE GESTIOacuteN DE EFLUENTES DE HOSPITAL

EDAR

No eliminacioacuten

de faacutermacos

Dilucioacuten en

el efluente

urbano

Aguas

urbanas

Fong

No eliminacioacuten

de DQO

Hongo Aguas

urbanas

EDAR

HOSPITAL

Srsquoha comprovat la capacitat de T versicolor per degradar fagravermacs

Badiacutea-Fabregat et al 2014 Rodriacuteguez-Rodriacuteguez et al 2014 Cruz-Moratoacute et al 2013

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Inconvenients al tractament drsquo

aiguumles drsquohospitals reals

- Necessitat drsquoaddicionar nutrients - Competegravencia amb bacteris

Possibles solucions Estrategravegies

- Pretractament de lrsquoefluent - Altres configuracions de reactors - Canvi en la font de carboni

Posada a punt del sistema TRH Relacioacute QRQL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

1 2 3

4

5

6

7

1 Tanc drsquoalimentacioacute 2 Tanc de mescla 3 Tanc drsquoeluents de

sortida 4 Bomba de recirculacioacute 5 Bioreactor 6 Entrada drsquoaire 7 Controlador de pH

TRH 3d

QL

QR

QL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

Desenvolupament processos

Efluent hospital

real (HWW)

Aiguumles residuals urbanes

(UWW)

Trametes versicolor

T versicolor crescut sobre fusta

Filtre percolador amb T versicolor crescut sobre fusta

Microalgues Degradacioacute a

escala Erlenmeyer Fotobioreactor FBR

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

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cis- i trans- DCE VC

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1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

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0 50 100 150 200

Co

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ntr

atio

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microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

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0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

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0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

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Cl

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H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 51: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

VHW treatment

(

) Glucose concentration

(

) COD

(

) Laccase activity

(darr) Fungal biomass partial renovation

(mdash) Glucose addition rate

2 HRT studied

Decrease in laccase activity even with partial biomass renovation

Fungal inoculated (I)

Casas et al 2013 Env Technol 34 113

Glucose 026 g g DCW d

Ammonium 12 mg g DCW d

No glucose accumulation

Need for nutrients

Previous studies in synthetic

media and sterile conditions

CRT

Blaacutenquez et al 2006 Water Res 40 1650

CRT 21 days

13 biomass renovation every 7 days

CRT of 15 days

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Que es lo que sucede

Se muere el hongo aunque estamos renovando la

biomasa no hay suficiente hongo

No hay degradacioacuten

52

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

VHW treatment (2)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

NH4+ addition

PhACs removal

Fungal inoculated (I)

Non-inoculated (NI)

(

) Wastewater (Influent)

(

) Reactor effluent

The analyses have

been performed by

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Microbial community assessment (DGGE)

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Time

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Trametes versicolor

Candida spp

Fusarium solani

Unknown

T versicolor survived until the end of the treatment

laccase activity is not a good indicator

ESCENARIOS DE GESTIOacuteN DE EFLUENTES DE HOSPITAL

EDAR

No eliminacioacuten

de faacutermacos

Dilucioacuten en

el efluente

urbano

Aguas

urbanas

Fong

No eliminacioacuten

de DQO

Hongo Aguas

urbanas

EDAR

HOSPITAL

Srsquoha comprovat la capacitat de T versicolor per degradar fagravermacs

Badiacutea-Fabregat et al 2014 Rodriacuteguez-Rodriacuteguez et al 2014 Cruz-Moratoacute et al 2013

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Inconvenients al tractament drsquo

aiguumles drsquohospitals reals

- Necessitat drsquoaddicionar nutrients - Competegravencia amb bacteris

Possibles solucions Estrategravegies

- Pretractament de lrsquoefluent - Altres configuracions de reactors - Canvi en la font de carboni

Posada a punt del sistema TRH Relacioacute QRQL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

1 2 3

4

5

6

7

1 Tanc drsquoalimentacioacute 2 Tanc de mescla 3 Tanc drsquoeluents de

sortida 4 Bomba de recirculacioacute 5 Bioreactor 6 Entrada drsquoaire 7 Controlador de pH

TRH 3d

QL

QR

QL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

Desenvolupament processos

Efluent hospital

real (HWW)

Aiguumles residuals urbanes

(UWW)

Trametes versicolor

T versicolor crescut sobre fusta

Filtre percolador amb T versicolor crescut sobre fusta

Microalgues Degradacioacute a

escala Erlenmeyer Fotobioreactor FBR

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 52: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

Que es lo que sucede

Se muere el hongo aunque estamos renovando la

biomasa no hay suficiente hongo

No hay degradacioacuten

52

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

VHW treatment (2)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

NH4+ addition

PhACs removal

Fungal inoculated (I)

Non-inoculated (NI)

(

) Wastewater (Influent)

(

) Reactor effluent

The analyses have

been performed by

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Microbial community assessment (DGGE)

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Time

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Trametes versicolor

Candida spp

Fusarium solani

Unknown

T versicolor survived until the end of the treatment

laccase activity is not a good indicator

ESCENARIOS DE GESTIOacuteN DE EFLUENTES DE HOSPITAL

EDAR

No eliminacioacuten

de faacutermacos

Dilucioacuten en

el efluente

urbano

Aguas

urbanas

Fong

No eliminacioacuten

de DQO

Hongo Aguas

urbanas

EDAR

HOSPITAL

Srsquoha comprovat la capacitat de T versicolor per degradar fagravermacs

Badiacutea-Fabregat et al 2014 Rodriacuteguez-Rodriacuteguez et al 2014 Cruz-Moratoacute et al 2013

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Inconvenients al tractament drsquo

aiguumles drsquohospitals reals

- Necessitat drsquoaddicionar nutrients - Competegravencia amb bacteris

Possibles solucions Estrategravegies

- Pretractament de lrsquoefluent - Altres configuracions de reactors - Canvi en la font de carboni

Posada a punt del sistema TRH Relacioacute QRQL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

1 2 3

4

5

6

7

1 Tanc drsquoalimentacioacute 2 Tanc de mescla 3 Tanc drsquoeluents de

sortida 4 Bomba de recirculacioacute 5 Bioreactor 6 Entrada drsquoaire 7 Controlador de pH

TRH 3d

QL

QR

QL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

Desenvolupament processos

Efluent hospital

real (HWW)

Aiguumles residuals urbanes

(UWW)

Trametes versicolor

T versicolor crescut sobre fusta

Filtre percolador amb T versicolor crescut sobre fusta

Microalgues Degradacioacute a

escala Erlenmeyer Fotobioreactor FBR

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 53: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

VHW treatment (2)

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

NH4+ addition

PhACs removal

Fungal inoculated (I)

Non-inoculated (NI)

(

) Wastewater (Influent)

(

) Reactor effluent

The analyses have

been performed by

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Microbial community assessment (DGGE)

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Time

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Trametes versicolor

Candida spp

Fusarium solani

Unknown

T versicolor survived until the end of the treatment

laccase activity is not a good indicator

ESCENARIOS DE GESTIOacuteN DE EFLUENTES DE HOSPITAL

EDAR

No eliminacioacuten

de faacutermacos

Dilucioacuten en

el efluente

urbano

Aguas

urbanas

Fong

No eliminacioacuten

de DQO

Hongo Aguas

urbanas

EDAR

HOSPITAL

Srsquoha comprovat la capacitat de T versicolor per degradar fagravermacs

Badiacutea-Fabregat et al 2014 Rodriacuteguez-Rodriacuteguez et al 2014 Cruz-Moratoacute et al 2013

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Inconvenients al tractament drsquo

aiguumles drsquohospitals reals

- Necessitat drsquoaddicionar nutrients - Competegravencia amb bacteris

Possibles solucions Estrategravegies

- Pretractament de lrsquoefluent - Altres configuracions de reactors - Canvi en la font de carboni

Posada a punt del sistema TRH Relacioacute QRQL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

1 2 3

4

5

6

7

1 Tanc drsquoalimentacioacute 2 Tanc de mescla 3 Tanc drsquoeluents de

sortida 4 Bomba de recirculacioacute 5 Bioreactor 6 Entrada drsquoaire 7 Controlador de pH

TRH 3d

QL

QR

QL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

Desenvolupament processos

Efluent hospital

real (HWW)

Aiguumles residuals urbanes

(UWW)

Trametes versicolor

T versicolor crescut sobre fusta

Filtre percolador amb T versicolor crescut sobre fusta

Microalgues Degradacioacute a

escala Erlenmeyer Fotobioreactor FBR

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

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Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

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Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

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Lora

zepam

Ate

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l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

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cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

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TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 54: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

NH4+ addition

PhACs removal

Fungal inoculated (I)

Non-inoculated (NI)

(

) Wastewater (Influent)

(

) Reactor effluent

The analyses have

been performed by

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Microbial community assessment (DGGE)

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Time

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Trametes versicolor

Candida spp

Fusarium solani

Unknown

T versicolor survived until the end of the treatment

laccase activity is not a good indicator

ESCENARIOS DE GESTIOacuteN DE EFLUENTES DE HOSPITAL

EDAR

No eliminacioacuten

de faacutermacos

Dilucioacuten en

el efluente

urbano

Aguas

urbanas

Fong

No eliminacioacuten

de DQO

Hongo Aguas

urbanas

EDAR

HOSPITAL

Srsquoha comprovat la capacitat de T versicolor per degradar fagravermacs

Badiacutea-Fabregat et al 2014 Rodriacuteguez-Rodriacuteguez et al 2014 Cruz-Moratoacute et al 2013

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Inconvenients al tractament drsquo

aiguumles drsquohospitals reals

- Necessitat drsquoaddicionar nutrients - Competegravencia amb bacteris

Possibles solucions Estrategravegies

- Pretractament de lrsquoefluent - Altres configuracions de reactors - Canvi en la font de carboni

Posada a punt del sistema TRH Relacioacute QRQL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

1 2 3

4

5

6

7

1 Tanc drsquoalimentacioacute 2 Tanc de mescla 3 Tanc drsquoeluents de

sortida 4 Bomba de recirculacioacute 5 Bioreactor 6 Entrada drsquoaire 7 Controlador de pH

TRH 3d

QL

QR

QL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

Desenvolupament processos

Efluent hospital

real (HWW)

Aiguumles residuals urbanes

(UWW)

Trametes versicolor

T versicolor crescut sobre fusta

Filtre percolador amb T versicolor crescut sobre fusta

Microalgues Degradacioacute a

escala Erlenmeyer Fotobioreactor FBR

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 55: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

Microbial community assessment (DGGE)

Marina Badia Fabregat December 5th 2014 PhD Thesis

Time

34 Non-sterile continuous treatments of ROC and VHW

Trametes versicolor

Candida spp

Fusarium solani

Unknown

T versicolor survived until the end of the treatment

laccase activity is not a good indicator

ESCENARIOS DE GESTIOacuteN DE EFLUENTES DE HOSPITAL

EDAR

No eliminacioacuten

de faacutermacos

Dilucioacuten en

el efluente

urbano

Aguas

urbanas

Fong

No eliminacioacuten

de DQO

Hongo Aguas

urbanas

EDAR

HOSPITAL

Srsquoha comprovat la capacitat de T versicolor per degradar fagravermacs

Badiacutea-Fabregat et al 2014 Rodriacuteguez-Rodriacuteguez et al 2014 Cruz-Moratoacute et al 2013

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Inconvenients al tractament drsquo

aiguumles drsquohospitals reals

- Necessitat drsquoaddicionar nutrients - Competegravencia amb bacteris

Possibles solucions Estrategravegies

- Pretractament de lrsquoefluent - Altres configuracions de reactors - Canvi en la font de carboni

Posada a punt del sistema TRH Relacioacute QRQL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

1 2 3

4

5

6

7

1 Tanc drsquoalimentacioacute 2 Tanc de mescla 3 Tanc drsquoeluents de

sortida 4 Bomba de recirculacioacute 5 Bioreactor 6 Entrada drsquoaire 7 Controlador de pH

TRH 3d

QL

QR

QL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

Desenvolupament processos

Efluent hospital

real (HWW)

Aiguumles residuals urbanes

(UWW)

Trametes versicolor

T versicolor crescut sobre fusta

Filtre percolador amb T versicolor crescut sobre fusta

Microalgues Degradacioacute a

escala Erlenmeyer Fotobioreactor FBR

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 56: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

ESCENARIOS DE GESTIOacuteN DE EFLUENTES DE HOSPITAL

EDAR

No eliminacioacuten

de faacutermacos

Dilucioacuten en

el efluente

urbano

Aguas

urbanas

Fong

No eliminacioacuten

de DQO

Hongo Aguas

urbanas

EDAR

HOSPITAL

Srsquoha comprovat la capacitat de T versicolor per degradar fagravermacs

Badiacutea-Fabregat et al 2014 Rodriacuteguez-Rodriacuteguez et al 2014 Cruz-Moratoacute et al 2013

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Inconvenients al tractament drsquo

aiguumles drsquohospitals reals

- Necessitat drsquoaddicionar nutrients - Competegravencia amb bacteris

Possibles solucions Estrategravegies

- Pretractament de lrsquoefluent - Altres configuracions de reactors - Canvi en la font de carboni

Posada a punt del sistema TRH Relacioacute QRQL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

1 2 3

4

5

6

7

1 Tanc drsquoalimentacioacute 2 Tanc de mescla 3 Tanc drsquoeluents de

sortida 4 Bomba de recirculacioacute 5 Bioreactor 6 Entrada drsquoaire 7 Controlador de pH

TRH 3d

QL

QR

QL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

Desenvolupament processos

Efluent hospital

real (HWW)

Aiguumles residuals urbanes

(UWW)

Trametes versicolor

T versicolor crescut sobre fusta

Filtre percolador amb T versicolor crescut sobre fusta

Microalgues Degradacioacute a

escala Erlenmeyer Fotobioreactor FBR

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

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Ery

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myc

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Hyd

roch

loro

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e

Furo

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e

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l

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Alp

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m

Paro

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Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

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H

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cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

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Cl

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H

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C C

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C l C l

P C E

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C

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Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

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H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 57: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

Srsquoha comprovat la capacitat de T versicolor per degradar fagravermacs

Badiacutea-Fabregat et al 2014 Rodriacuteguez-Rodriacuteguez et al 2014 Cruz-Moratoacute et al 2013

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Inconvenients al tractament drsquo

aiguumles drsquohospitals reals

- Necessitat drsquoaddicionar nutrients - Competegravencia amb bacteris

Possibles solucions Estrategravegies

- Pretractament de lrsquoefluent - Altres configuracions de reactors - Canvi en la font de carboni

Posada a punt del sistema TRH Relacioacute QRQL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

1 2 3

4

5

6

7

1 Tanc drsquoalimentacioacute 2 Tanc de mescla 3 Tanc drsquoeluents de

sortida 4 Bomba de recirculacioacute 5 Bioreactor 6 Entrada drsquoaire 7 Controlador de pH

TRH 3d

QL

QR

QL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

Desenvolupament processos

Efluent hospital

real (HWW)

Aiguumles residuals urbanes

(UWW)

Trametes versicolor

T versicolor crescut sobre fusta

Filtre percolador amb T versicolor crescut sobre fusta

Microalgues Degradacioacute a

escala Erlenmeyer Fotobioreactor FBR

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

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50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 58: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

Posada a punt del sistema TRH Relacioacute QRQL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

1 2 3

4

5

6

7

1 Tanc drsquoalimentacioacute 2 Tanc de mescla 3 Tanc drsquoeluents de

sortida 4 Bomba de recirculacioacute 5 Bioreactor 6 Entrada drsquoaire 7 Controlador de pH

TRH 3d

QL

QR

QL

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

Desenvolupament processos

Efluent hospital

real (HWW)

Aiguumles residuals urbanes

(UWW)

Trametes versicolor

T versicolor crescut sobre fusta

Filtre percolador amb T versicolor crescut sobre fusta

Microalgues Degradacioacute a

escala Erlenmeyer Fotobioreactor FBR

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 59: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

Tractament en continu drsquoHWW amb T versicolor en reactor

Alternativa filtre percolador amb T versicolor pre-crescut sobre fusta

Desenvolupament processos

Efluent hospital

real (HWW)

Aiguumles residuals urbanes

(UWW)

Trametes versicolor

T versicolor crescut sobre fusta

Filtre percolador amb T versicolor crescut sobre fusta

Microalgues Degradacioacute a

escala Erlenmeyer Fotobioreactor FBR

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

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H

C C

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cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

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Cl

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H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

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0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

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0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

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+ TCE

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Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

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Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 60: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

Desenvolupament processos

Efluent hospital

real (HWW)

Aiguumles residuals urbanes

(UWW)

Trametes versicolor

T versicolor crescut sobre fusta

Filtre percolador amb T versicolor crescut sobre fusta

Microalgues Degradacioacute a

escala Erlenmeyer Fotobioreactor FBR

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 61: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Degradacioacute drsquohormones del digestat drsquoun DA dopat amb E2 i EE2 amb les algues S capricornutum i C reinhardtii creixement i degradacioacute

No efecte togravexic de les hormones sobre les algues

Utilitzacioacute de digestat de llots per creixer

S capricornutum

S capricornutum

Selenastrum

capricornutum

Chlamydomonas

reinhardtii

E2 () EE2 () E2 () EE2 ()

24h 7d 24

h

7d 24h 7d 24

h

7d

B 47 88 30 60 89 100 26 100

C 2 46 0 41 27 86 6 71

G 91 100 27 95 98 100 28 76

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 62: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

Degradacioacute drsquohormones i fagravermacs per microalgues

bull Identificacioacute productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2

bull Es detecten diferents productes de degradacioacute drsquoE2 i EE2 bull Majoritagraveriament productes de fotodegradacioacute bull Alguns directament relacionats amb la biodegradacioacute per part de les algues

E2 TP1 EE2 TP2

OH

HO

O

OH

HO

OH

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

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Cl

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cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

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Cl

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H

TCE

C C

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P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

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Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

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Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

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70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 63: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

Toilet sewage

1st settler (1m3)

2nd settler (1m3)

Wastewater pump

Wastewater PBR inlet

1

2

3

4

5

Algaebacteria consortia

Fotobioreactor de tractament

drsquo UrbanWW despres de

decantacioacute

Volum 1000L

Semiobert

Tubs plastic transparent

Tractament drsquoUrbanWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 64: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

100L aigua del llac

Can Borrell Lake (StCugat)

900L U WW

Plagrave drsquooperacioacute del FBR

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

Estat Estacionari - PhACs - Biodiversitat

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

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Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

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cis- i trans- DCE VC

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TCE

C C

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PCE

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H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

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50000

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-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 65: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

303 mgL

265 mgL

155 mgL

Irradiacioacute solar darr Temperatura darr

TSSdarr Biomassa

pH augmenta amb lrsquoactivitat fotosintegravetica (consum CO2)

pH disminueix a la nit amb la respiracioacute

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

pH

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 66: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

Entrada - COD=365 mgL - N-NH4

+=79 mgL - PT=17 mgL

COD N-NH4

+

PT

Paragravemetre Periacuteode I Periacuteode II Periacuteode III

DQO () 83 61 41

N-NH4+ () 86 99 80

PT () 54 89 75

Eliminacioacute de nutrients

Tractament drsquoUWW i eliminacioacute de PhACs en FBR

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

mid

e

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

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cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

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C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

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Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 67: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

67

Napro

xen

Ibupro

fen

Aceta

min

ophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxacin

Ofloxacin

Ery

thro

myc

in

Hyd

rochlo

roth

iazid

e

Furo

sem

ide

Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xetine

Co

nce

ntr

atio

n (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Napro

xe

n

Ibupro

fen

Ace

tam

inophen

Salic

ylic

acid

Keto

pro

fen

Azithro

myc

in

Cip

rofloxa

cin

Ofloxa

cin

Ery

thro

myc

in

Hyd

roch

loro

thia

zid

e

Furo

se

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Codein

e

Lora

zepam

Ate

nolo

l

Dilt

iazem

Alp

razola

m

Paro

xe

tine

Concentr

ation (

ngL

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

24000

30000

36000

42000

48000

54000

60000

Outlet

Inlet

Antiinflamatoris Eliminacioacute gt85

Antibiogravetics Eliminacioacute gt 67

Antidepressius Eliminacioacute gt87

β-bloquejants Eliminacioacute gt86

Altres (ngL) Diuregravetics gt44 Bloquejants de canal lent gt72

Concentratioacute PhACs entrada

Concentratioacute PhACs sortida

TRH=8 d Estat estacionari

TRH=12 d Estat estacionari

48-54 μgL

24-54 μgL

4-10 μgL

2-4 μgL

4-6 μgL

ngL

ngL

8-10 μgL

4-10 μgL

ngL

ngL

PhACs

Tractament drsquoUWW i

eliminacioacute de PhACs en FBR

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 68: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

Valoritzacioacute de biomassa algal mitjanccedilant pretractament enzimagravetic i DA

Digestion time (days)

0 10 20 30 40 50

Meth

ane

yie

ld (

mL C

H4g

VS

)

0

50

100

150

200

250

Time (d) vs Microalgal control

Time (d) vs T control

Time (d) vs Cellulase

Time (d) vs Mix

Mix enzimagravetic Celmiddotlulasa

Biomassa microalgal + Control

Mix enzimagravetic 217 mL CH4g VS

Celmiddotlulasa 203 mL CH4g VS

Microalgues 188 mL CH4g VS

Mix enzimagravetic millora la produccioacute de metagrave

Brou fuacutengic + microalgues Control de brou fuacutengic

Lacasa + microalgues biomassa microalgal Control de lacasa

Brou fuacutengic 210 mL CH4

Lacasa 40 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims no especiacutefics

Microalgues 38 mL CH4

Produccioacute de biogas amb enzims especiacutefics

Brou fuacutengic millora la produccioacute de metagrave

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

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cis- i trans- DCE VC

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P C E

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1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

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Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

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20

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0 50 100 150 200

Co

nce

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microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

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35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

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20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

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PCE

CC

Cl

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Cl

CC

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ClH

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CC

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H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

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-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

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2000

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-1 19 39 59 79Day

0

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20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 69: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre el Consorci per a la Gestioacute de Residus del Valles Oriental i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del

marc del programa de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 70: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

Bioremediacioacute ldquoin siturdquo drsquoaquumliacutefers contaminats per compostos

organoclorats

Projecte de colmiddotlaboracioacute entre Litoclean i el grup de recerca Biorem UAB (2014SGR476) dins del marc del programa de Doctorats

Industrials de la Generalitat de Catalunya

Decloracioacute drsquoorganoclorats mitjanccedilant bacteris dehalorespiradors

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

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H

C C

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cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

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TCE

C C

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C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

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H H C

Cl

Cl

C

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H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

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20

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30

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0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

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0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

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20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

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60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

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PCE

CC

Cl

H H

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CC

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ClH

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CC

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H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

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-1 19 39 59 79Day

-100

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-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 71: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

1 Tecnologia consolidada amb centenars de casos drsquoaplicacioacute amb egravexit 2 Transformacioacute de productes organoclorats togravexics a innocus 3 Compatible amb altres megravetodes de remediacioacute 4 Disminucioacute del temps de remediacioacute de lrsquoaquumliacutefer i costos associats 5 Tecnologia meacutes econogravemica que tractaments fisico-quiacutemics 6 Potencialment pot eliminar els cloroalcans a concentracions le 0005 mgL 7 Percepcioacute social

PRINCIPALS AVANTATGES BIOREMEDIACIOacute

o Marc del projecte

Aplicacioacute de metodologies de Bioremediacioacute per via anaerogravebia en tres

emplaccedilaments afectats per la presencia de compostos organoclorats Cada un drsquoaquests tres emplaccedilaments constaragrave de les seguumlents fases

bull Fase 1 anagravelisis al laboratori a) Caracteritzacioacute de lrsquoemplaccedilament b) Assaig de laboratori Microcosmos

bull Fase 2 assaig in-situ

o Fase drsquoimplantacioacute A partir dels resultats obtinguts aplicacioacute de metodologia a lrsquoemplaccedilament estudiat per part de Litoclean

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

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H

C C

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cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

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C C

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TCE

C C

C lC l

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P C E

Dhc

PCE

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H H C

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H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

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Co

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n (

microM

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Day

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0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

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0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

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40

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60

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0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

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Cloruro de vinilo Etileno

CC

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PCE

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H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

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Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

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-1 19 39 59 79

Co

nce

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atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

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5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 72: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

PCE TCE cis DCE

Caracteriacutestiques de lrsquoemplaccedilament

bull Emplaccedilament contaminat per un abocament controlat i finit de Percloretilegrave (PCE) en una parcelmiddotla amb activitat industrial

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

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C C

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cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

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H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 73: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

bull Respiren compostos orgagravenics clorats i els transformen a molegravecules menys clorades

bull Anaerobis estrictes bull Es poden trobar als aquumliacutefers contaminats bull El grup Biorem UAB (2014SGR476) disposa de diferents liacutenies de cultius de

bacteris decloradors amb capacitat per detoxificar un ampli ventall drsquoorganoclorats

bull Trueba-Santiso et al 2017 Sci

Total Environ 581-582 pp 640-

648

bull Mortan et al 2017 J Hazard

Mat In press

Dhg Dehalogenimonas

Dhc Dehalococcoides

Dhb Dehalobacterium

Diclorometagrave Agravecid acegravetic Agravecid fogravermic

+ Dhb

C C

H

H

H

H

Etegrave

C C

Cl

H

Cl

H

C C

H

Cl

Cl

H

C C

H

H

H

Cl

cis- i trans- DCE VC

Dhc Dhc

Dhc

C C

Cl

Cl

Cl

H

TCE

C C

C lC l

C l C l

P C E

Dhc

PCE

C

Cl

Cl

C

Cl

Cl

H H C

Cl

Cl

C

Cl

H

H H

1122-TeCA 112-TCA

Dhg Dhg

Abiogravetic

CC

HCl

HCl

HH

12-DCA

Dhg

12-DCA

Bacteris dehalorespiradors

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 74: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

Les poblacions bacterianes

autogravectones poden transformar els

contaminants fins a compostos innocus

Les condicions drsquoaquests aquumliacutefers soacuten adequades per

eliminar els compostos

organoclorats amb bacteris

dehalorespiradors

1 Anagravelisi dels paragravemetres

de camp

Bioestimulacioacute

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat

decloradora

Atenuacioacute natural

monitoritzada

Bioaugmentacioacute Fase

2

Pregunta 1a Pregunta 2a

La poblacioacute bacteriana a lrsquoaquumliacutefer

eacutes suficient per completar el proceacutes de descontaminacioacute de forma natural

Pregunta 3a

Fase 1

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 75: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Mostreig drsquoaigua del pou amb

sediments fins

Preparacioacute dels cultius en cambra

anaerogravebia

Incubacioacute dels cultius en cambra

climatitzada

Anagravelisi de metabogravelits per

cromatografia de gasos Mostres de

laquumliacutefer +

Substrat orgagravenic (candidats per

bioestimulacioacute)

1 Nomeacutes mostra 2 + Metanol i etanol 3 + Producte comercial 4 + Lactat

Concentracioacute de cloroetens

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Fase 1

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

trans-DCE

Cloruro de vinilo Etileno

CC

Cl

Cl Cl

Cl

PCE

CC

Cl

H H

Cl

CC

H

ClH

Cl

CC

Cl

H

H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

10

15

20

25

30

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

1

2

3

4

5

-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 19 39 59 79Day

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

-1 19 39 59 79Day

-100

0

100

200

300

400

500

-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

82

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 76: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

La biodegradacioacute eacutes completa (etegrave)

La bioestimulacioacute eacutes efectiva

La decloracioacute meacutes ragravepida eacutes amb lactat

PCE

TCE

cis- DCE

CV Etegrave

trans- DCE

0

5

10

15

20

25

30

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0 50 100 150 200

Co

nce

ntr

atio

n (

microM

)

Day

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200

Day

Mostra aigua nomeacutes (control)

Mostra aigua + etanol metanol

Mostra aigua + producte comercial

Mostra aigua + lactat

Resultats per a un pou

Cultius anaerobis i anagravelisi de metabogravelits

Fase 1

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100 150 200Day

+ TCE

0

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0 50 100 150 200

Day

+ TCE

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

TCE

cis-DCE

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Cloruro de vinilo Etileno

CC

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PCE

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H H

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H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

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-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

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-1 19 39 59 79

Co

nce

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Day

0

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2000

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-1 19 39 59 79Day

0

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-1 19 39 59 79

OR

P (

mV

)

Day

PZ2

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Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

84

Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 77: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

TCE

cis-DCE

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Cloruro de vinilo Etileno

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Cl

Cl Cl

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H

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CC

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H

H

CC

H

H H

H

CC

Cl

Cl H

Cl

Deteccioacute i identificacioacute dels bacteris i enzims responsables de la degradacioacute completa

Tegravecniques moleculars (PCR)

Fase 1

Dehalobacter Desulforomonas

Sulfurospirillum Geobacter Desulfitobacterium

Desulfitobacterium

Dehalococcoides

pceA

tceA tceA bvcA

vcrA

2 Deteccioacute de lrsquoactivitat decloradora

Clorur de

vinil

Etegrave

Ma

rca

do

r

C+

Dh

c

Pou

C-

Dh

c

Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

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25

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-1 19 39 59 79

Co

nce

ntr

atio

n (

mg

L)

Day

Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

0

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Co

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atio

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mg

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Day

0

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-100

0

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300

400

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-1 19 39 59 79

OR

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mV

)

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PZ2

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Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

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Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

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Assaig in situ per BIOESTIMULACIOacute

Fase 2

Injeccioacute i monitoritzacioacute bull Injeccioacute drsquoestimulant segons

conclusions de lrsquoassaig de laboratori (Lactat comercial) en les concentracions de diseny

bull Injeccioacute de traccedilador (fluoresceiumlna)

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

5

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15

20

25

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Co

nce

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atio

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Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

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PZ2

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Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

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Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

Page 79: Presentación de PowerPoint - catedradelagua.uji.es · Universitat Jaume I Castelló de la Plana, abril 2017 Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residus

PCE TCE

cis-DCE

trans-DCE

CV Ethene 0

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Co

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Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-1

Lactate Pyruvate

Acetate Formate

Potencial Redox

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Chlorinated ethenes Lactate and fermenting products

Well PZ-2

Direct injection of lactate (MW-PZ2) Monitoring Wells PZ2 PZ1 PZ3 MW6 PZ22 PZ6 and ProfA

Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

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Gragravecies

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Conclusions de la Fase 2 (assaig in situ)

Els resultats de la Fase 1 soacuten vagravelids per decidir quin tractament de bioremediacioacute seguir a la Fase 2

El lactat estimula la degradacioacute

bull Augmenta la velocitat de decloracioacute bull Proporciona acetat i hidrogen als bacteris bull Consumeix lrsquooxigen present bull Disminueix el potencial redox

Es confirma la presegravencia de bacteris dehalorespiradors autogravectons i actius

Es detecta degradacioacute de PCE i transformacioacute a compostos menys clorats

A partir dels resultats obtinguts durant les dues fases es dissenyaragrave i es proposaragrave lrsquoexecucioacute drsquoun proceacutes de bioremediacioacute anaerogravebia estimulada aplicant la metodologia establerta

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Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)

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Gragravecies

Grup de recerca BioremUAB (teresavicentuabcat)


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