Influencia de los antibióticos sobre el tratamiento de agua residual de purines de cerdo utilizando fotobioreactores

Abstract

En los últimos años, los sistemas de tratamiento de aguas residuales basados en microorganismos fotosintéticos han sido ampliamente estudiados por su capacidad para eliminar simultáneamente materia orgánica y nutrientes con un bajo coste energético. Además, ofrecen la posibilidad de revalorizar la biomasa cultivada para obtener productos de valor añadido. Las principales ventajas de la biomasa de microalgas cultivadas en fotobiorreactores son la elevada capacidad de reproducción, la capacidad de crecimiento en ambientes adversos, como en aguas saladas, aguas residuales, hielo, etc., el bajo requerimiento nutricional y la tolerancia a un elevado rango de pH, temperatura y contaminantes. Como desventajas del cultivo de microalgas cabe destacar los elevados costes de cultivo empleando medios sintéticos y el consumo de agua. El cultivo de microalgas en aguas residuales permite resolver estos problemas. En los fotobiorreactores de tratamiento de aguas residuales crecen simbióticamente microalgas y bacterias que además depuran las aguas residuales con muy bajo coste económico y sin usar productos químicos, maximizando la recuperación de nutrientes y con un bajo coste energético. La biomasa generada puede ser empleada en distintas aplicaciones como en la industria de los fertilizantes, alimentación animal, o producción de bioenergía, entre otras. Sin embargo, la presencia de contaminantes orgánicos y antibióticos en las aguas residuales puede afectar a este tipo de fotobiorreactores, alterando la microbiota de los mismos y afectando al tratamiento de las aguas residuales, a los efluentes obtenidos y a la biomasa crecida en estos sistemas. En este trabajo se estudia, experimentalmente, empleando ocho fotobiorreactores la influencia de tres antibióticos (tetraciclina, sulfadiazina y ciprofloxacina) en las comunidades de microorganismos presentes en estos. Para ello se controlan varios parámetros experimentales durante tres etapas, una etapa inicial donde se deja que los fotobiorreactores funcionen correctamente, seguida de una segunda etapa en la que la alimentación de los fotobiorreactores es dopada con los antibióticos de estudio, y una tercera etapa en la que la alimentación se deja de dopar y se comprueba la capacidad de recuperación de los fotobiorreactores. Además, se determina la concentración de antibióticos presentes tanto en la alimentación de los fotobiorreactores como en el efluente de estos, mediante UHPLC-MS/MS. Finalmente se concluye, que después del comienzo del dopaje con antibióticos la comunidad microalgal comienza a disminuir en todos los reactores dopados. Además, estudiando la remoción de nutrientes y antibióticos, se observa que la comunidad microalgal puede eliminar efectivamente la tetraciclina, pero no la sulfadiazina ni la ciprofloxacina, y con el coste del empeoramiento del rendimiento en los fotobiorreactores.

In recent years, wastewater treatment systems based on photosynthetic microorganisms have been widely studied for their ability to simultaneously remove organic matter and nutrients with a low energy cost. In addition, they offer the possibility of revaluing the cultivated biomass to obtain value-added products. The main advantages of the biomass of microalgae cultivated in photobioreactors are the high reproduction capacity, the growth capacity in adverse environments, such as in salt water, wastewater, ice, etc., the low nutritional requirement and the tolerance to a high range. pH, temperature and contaminants. Disadvantages of microalgae cultivation include the high costs of cultivation using synthetic media and the consumption of water. The cultivation of microalgae in wastewater can solve these problems. Microalgae and bacteria grow symbiotically in wastewater treatment photobioreactors, which also purify wastewater at a very low cost and without using chemicals, maximizing the recovery of nutrients and with a low energy cost. The biomass generated can be used in different applications such as in the fertilizer industry, animal feed, or bioenergy production, among others. However, the presence of organic pollutants and antibiotics in wastewater can affect this type of photobioreactor, altering their microbiota and affecting the treatment of wastewater, the effluents obtained and the biomass grown in these systems. In this work, the influence of three antibiotics (tetracycline, sulfadiazine and ciprofloxacin) on the communities of microorganisms present in them is studied experimentally, using eight photobioreactors. For this, several experimental parameters are controlled during three stages, an initial stage where the photobioreactors are allowed to function correctly, followed by a second stage in which the feeding of the photobioreactors is doped with the study antibiotics, and a third stage in the that the feed is stopped doping and the recoverability of the photobioreactors is checked. In addition, the concentration of antibiotics present both in the feed to the photobioreactors and in their effluent is determined using UHPLC-MS / MS. Finally, it is concluded that after the beginning of doping with antibiotics, the microalgal community begins to decrease in all the doped reactors. In addition, studying the removal of nutrients and antibiotics, it is observed that the microalgal community can effectively eliminate tetracycline, but not sulfadiazine or ciprofloxacin, and at the cost of deteriorating performance in photobioreactors.