La estabilidad impulsa las estrategias de tratamiento de aguas residuales
Las estrategias de tratamiento biológico de las aguas residuales emplean microorganismos que utilizan polutantes como sustratos y obtienen energía para crecer transformándolos en productos inocuos. En particular, las bacterias de oxidación anaeróbica del amonio (anammox) poseen la excepcional habilidad de combinar amonio con nitrito para formar gas nitrógeno. Esta propiedad ha sido aprovechada para la eliminación del nitrógeno de las aguas residuales con altas concentraciones de amonio. Debido a la lenta tasa de crecimiento de las bacterias de anammox, es esencial una retención eficiente de la biomasa para la acción del reactor. La formación de agregados microbianos granulares de gran tamaño, caracterizados por poseer excelentes propiedades de asentamiento, mejoran el rendimiento del reactor y contribuyen a la estabilidad de las tecnologías de anammox. Los científicos del proyecto financiado con fondos europeos POLIS querían investigar el proceso de granulación e identificar los parámetros que afectan a la formación de los lodos granulares de anammox. «Nuestro objetivo era descifrar el mecanismo necesario para obtener la estabilidad mecánica de las bacterias de anammox, un requisito previo necesario para el tratamiento de las aguas residuales municipales», explica el profesor Malpei, coordinador del proyecto. Procesos bacterianos de anammox La estabilidad granular está estrechamente relacionada con las propiedades de las sustancias polímeras extracelulares (EPS, por sus siglas en inglés) segregadas por las bacterias de anammox. Los investigadores de POLIS utilizaron diversos métodos, como la espectrometría de masas y la cromatografía líquida, para identificar las estructuras de EPS y descifrar los mecanismos esenciales para la estabilidad de los gránulos. Para estudiar la interacción entre polisacáridos, proteínas y los componentes principales de las EPS, y los cationes, combinaron técnicas reológicas modernas con la dispersión de luz y la microscopía. Tras la extracción, el análisis de las EPS reveló la presencia de proteínas, polisacáridos y lípidos, así como de ácidos nucleicos. En total se identificaron 251 proteínas, la mayoría de ellas componentes integrales de la membrana celular de las bacterias. Desde un punto de vista estructural, «la identificación de las EPS como fibrillas de tipo amiloide contribuirá a mejorar la estabilidad y la formación de lodos granulares de anammox, factores clave en las aplicaciones actuales», añade el doctor Tommaso Lotti, el investigador principal, beneficiario de la prestigiosa beca individual de investigación de las Acciones Marie Skłodowska-Curie. Curiosamente, las EPS extraídas de los lodos granulares de anammox se utilizaron para formar biomaterial viscoelástico que podría emplearse en otros sectores industriales. La caracterización fisicoquímica del biomaterial recuperado determinó sus propiedades reológicas como una función de la concentración de EPS. En conjunto, los conocimientos adquiridos sobre la composición de las EPS y su función en los gránulos de anammox contribuirá a implementar procesos innovadores basados en anammox en plantas de tratamiento municipales y a la reutilización de los lodos granulares residuales que se generan. Fomento de una economía circular En las aplicaciones de anammox, la biomasa generada incluye una mezcla de bacterias y EPS segregadas por las propias bacterias. En la actualidad, este lodo se considera un desecho y los gastos de eliminación asociados representan hasta un 50 % de los costes de explotación del tratamiento de aguas residuales. Los hallazgos del proyecto POLIS sugieren que la recuperación de biomaterial a base de EPS podría ser útil en otros sectores industriales, lo cual aumentaría considerablemente la sostenibilidad y la economía del tratamiento de aguas residuales. Tal como señala el doctor Tommaso Lotti: «Este enfoque fomentaría el desarrollo de una economía circular que contribuiría a la transformación de las plantas de tratamiento de aguas residuales convencionales en biorrefinerías eficientes». Los resultados de POLIS en relación con las EPS de anammox se aplican asimismo a la formación de biopelículas de bacterias, por lo que adquieren aún mayor importancia científica dado que podrían ser beneficiosos en otros campos, como el de las bioincrustaciones y la biocorrosión. El profesor Malpei prevé que los resultados de POLIS «serán utilizados por las empresas actuales y las administraciones de gestión del agua para orientar de modo más eficaz la investigación y el desarrollo de futuros procesos basados en biopelículas y en anammox».
Palabras clave
POLIS, sustancias polímeras extracelulares (EPS), aguas residuales, bacterias, oxidación anaeróbica del amonio (anammox), biopelícula, lodos granulares
