Evaluation of microbial electrochemical technologies as a sustainable treatment strategy for nitrogen removal in polluted coastal marine systems
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Date
2020
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Abstract
Los ecosistemas marinos costeros del mundo han sido utilizados durante muchos años
como receptores de residuos industriales con altas concentraciones de nitrógeno,
generando la eutrofización de estos ecosistemas. En este contexto las tecnologías
electroquímicas microbianas (MET) han comenzado a ganar atención por su costo y
eficiencia en la remoción de nitrógeno y materia orgánica,, utilizando la capacidad
metabólica de microorganismos. Sin embargo, todavía tienen limitaciones, como la
estrategia de enriquecimiento para comunidades microbianas específicas en los electrodos
en condiciones naturales. En esta línea, la aplicación de un sobrepotencial a un electrodo se
ha convertido en una técnica de enriquecimiento microbiano sostenible y eficaz.
Considerando estos antecedentes, esta tesis estuvo enfocada en dos temas principales.
Primero, consolidar la utilización de sobrepotenciales como técnica de enriquecimiento
microbiano desde agua de mar natural y lograr enriquecer microorganismos
desnitrificantes de manera específica, y (2) desarrollar una MET capaz de remover
nitrógeno desde agua de mar natural, utilizando la técnica de enriquecimiento microbiano
por sobrepotenciales.
Los resultados obtenidos en esta tesis muestran que la aplicación de sobrepotenciales a un
electrodo es una técnica efectiva de enriquecimiento de metabolismos microbianos desde
un inoculo de agua de mar natural. Específicamente, se demostró que aplicando al
electrodo de trabajo -260 mV (vs Ag / AgCl), es posible enriquecer significativamente el
establecimiento de microorganismos desnitrificantes. Tomando estos resultados, se logró
desarrollar una MET capaz de remover nitrógeno y materia orgánica de manera
significativa. En este caso, y diferente a reactores similares reportados en la literatura, el
enriquecimiento microbiano en los electrodos se llevó a cabo mediante la aplicación de
sobrepotenciales en agua de mar natural, sin la necesidad de uso de medio de cultivo.
Específicamente, en el ánodo se observó un enriquecimiento significativo de
microorganismos amonio-oxidantes y nitrito-oxidantes, mientras que en el cátodo, se
observó un enriquecimiento de microorganismos desnitrificantes y planctomycetes.
Finalmente, se logró determinar que el uso de sobrepotenciales podría acelerar el proceso
de puesta en marcha de las tecnológicas electroquímicas microbiana y, por ende, ayudar a
acelerar su implementación en ambientes reales.
Description
Tesis (Doctor in Engineering Sciences)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2020