Degradation of pharmaceutical compounds by microalgae photobioreactor wastewater treatment, biomass harvesting and methanization /

摘要

Els contaminants emergents (ECs) són un ampli grup de compostos orgànics detectats en diversos compartiments ambientals que degut a la seva presència en el medi ambient i la seva difícil degradació han aixecat un gran interès en la comunitat científica. Tot i que la seva concentració normalment està compresa entre els ng/L i els μg/L, poden representar una amenaça per a la salut humana i el medi ambient ja que són excretats per la orina i els fems, ja sigui en forma de compost actiu o com a metabòlit, ja que no són completament assimilats. D'entre tots els emergents, els compostos disruptors endocrins (EDCs) i els principis actius dels fàrmacs (PhACs) generen especial preocupació. Està àmpliament acceptat que la seva principal font d'entrada al medi ambient és a través dels efluents de les plantes depuradores (WWTP), on els tractaments convencionals de llots actius no són capaços de degradar-ne la majoria, sent capaços d'arribar a les aigües superficials, subterrànies i, posteriorment, a l'aigua potable. Per tant, s'han de buscar tractaments alternatius. Un d'aquests tractaments podria ser l'ús de les microalgues aprofitant la seva capacitat pel tractament d'aigües residuals, eliminant els nutrients de l'aigua residual i la seva posterior conversió en biocombustibles. Aquesta tesi avalua diferents aspectes relacionats amb la degradació de contaminants emergents i tractament d'aigües amb microalgues. A més de l'estudi d'un dels principals colls d'ampolla dels sistemes de microalgues, la collita, que té l'avantatge de clarificar l'aigua residual tractada i concentrar la biomassa algal per a la seva conversió a biogàs. Tant, cultius purs com efluents de microalgues s'han considerat. Primerament, s'ha estudiat la degradació individual de dos compostos estrogènics. Aquests dos compostos estrogènics s'han introduït recentment a la llista de substàncies prioritàries de la directiva de l'aigua: 17α-etinileestradiol (EE2) i 17β- estradiol (E2). La seva degradació s'ha monitoritzat a partir dels cultius purs de Chlamydomonas reinhardtii i Pseudokirchneriella subcapitata a nivell de laboratori. Per tal d'obtenir més informació sobre els mecanismes de degradació s'ha fet la identificació dels productes de transformació. A més, la degradació d'una mescla de 10 fàrmacs (9 antibiòtics i un antidepressiu) s'ha avaluat en cultius purs de microalgues a escala laboratori. S'ha realitzat la identificació dels productes de transformació de tres PhACs seleccionats. Posteriorment, un dels antibiòtics, la ciprofloxacina, s'ha analitzat. Els seus mecanismes d'eliminació han estat estudiats en sistemes algals, tant en reactors a escala laboratori com en escala pilot. Per altra banda, s'ha dissenyat un fotobioreactor (PBR) d'algues tractant aigua residual urbana i en operació durant 6 mesos. S'ha monitoritzat el seu seguiment i s'han provat diferents condicions d'operació. A més, un cop a l'estat estacionari l'eliminació de PhACs s'ha estimat i s'ha caracteritzat la població microbiana. També s'ha estudiat l'eliminació del compost estrogènic E2 en el PBR. En aquesta tesi també es remarca la importància de la collita de microalgues. Tres tècniques de collita (i.e., sedimentació natural, coagulació-floculació i la tècnica innovadora de co-pel·letització utilitzant el fong Trametes versicolor) s'han aplicat en dos efluents reals de microalgues i a una suspensió pura de Chlamydomonas reinhardtii. Finalment, s'ha dut a terme la metanització de biomassa exhausta. Abans del procés de digestió anaeròbia, per tal de solubilitzar la paret cel·lular les algues han estat sotmeses a un pretractament enzimàtic. S'han provat enzims específics i no específics, així com l'efecte combinat utilitzant una mescla d'enzims. Aquest estudi es completa amb la valorització de biomassa fúngica que prové del tractament d'efluents.