Potential application of (bio)electrochemical systems for organohalide degradation
La presència de compostos organohalogenats contaminant les aigües subterrànies és un greu problema degut als seus efectes adversos sobre el medi natural i la salut humana. A més a més, la rellevància dels aqüífers degut a la necessitat global d'aigua dolça fa augmentar la importància de la seva...
| Autor: | |
|---|---|
| Formato: | tesis doctoral |
| Fecha de publicación: | 2022 |
| País: | España |
| Recursos: | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Repositorio: | Dipòsit Digital de Documents de la UAB |
| Idioma: | inglés |
| OAI Identifier: | oai:ddd.uab.cat:273862 |
| Acesso em linha: | https://ddd.uab.cat/record/273862 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palavra-chave: | Biorremediació Biorremediación Bioremediation Organohalogenats Organohalogenados Organohalides Bioelectroquímica Bioelectrochemistry Tecnologies |
| Resumo: | La presència de compostos organohalogenats contaminant les aigües subterrànies és un greu problema degut als seus efectes adversos sobre el medi natural i la salut humana. A més a més, la rellevància dels aqüífers degut a la necessitat global d'aigua dolça fa augmentar la importància de la seva descontaminació. Una solució a aquest problema pot ser la bioremediació, que utilitza enzims microbians per tal de degradar els organohalogenats a productes menys tòxics. En aquesta tesi, les tecnologies electroquímiques han sigut utilitzades per tal de degradar organohalogenats mitjançant dos aproximacions. Primerament, hem explorat l'ús dels sistemes electroquímics per tal de transformar abiòticament compostos bromats. Segonament, hem aprofitat l'hidrogen generat electroquímicament per tal d'estimular el creixement i l'activitat de bacteris respiradors d'organohalogenats (OHRB) i de transformar compostos clorats en productes no tòxics en sistemes bioelectroquímics (BES). Durant aquest treball, la reducció electroquímica abiòtica de dos contaminants bromats, dibromometà (DBM) i 1,2-dibromoetà (DBA), s'ha realitzat en un sistema de dos cambres operant amb un raspall de fibra de grafit com a càtode. La degradació completa de 500 µM d'ambdós contaminants es va aconseguir entre 1 i 7 hores d'operació en els potencials de càtode aplicats: -0.8, -1.0 i -1.2 V vs elèctrode estàndard d'hidrogen (SHE). Els principals productes de la reducció del DBM i el DBA han sigut determinats com a metà i etè respectivament. El balanç del bromur ha permès confirmar la completa dehalogenació dels dos contaminants. Seguidament, s'ha estudiat la degradació bioelectroquímica del 1,2-dicloropropà (1,2-DCP) a propè mediada per un cultiu que conté Dehalogenimonas alkenigignens en el càtode d'un BES. L'ús d'un raspall de fibra de grafit com a material d'elèctrode ha permès obtenir velocitats de degradació 5.6 vegades més elevades que les obtingudes amb un altre material com és el teixit de carboni. La PCR quantitativa ha confirmat que les còpies del gen 16S rRNA de Dehalogenimonas s'han incrementat dos ordres de magnitud fins a 10^8 copies per mL. L'aplicació d'un potencial polsat ha permès obtenir velocitats de degradació elevades i eficiències coulombiques (CEs) més altes que quan s'ha operat a un potencial continu. La degradació bioelectroquímica del cloroform (CF) s'ha estudiat en un BES de dos cambres aplicant de manera combinada les activitats de dos consorcis bacterians que contenen Dehalobacter i Dehalobacterium, capaços de reduir CF a diclorometà (DCM) i de fermentar DCM a acetat, respectivament. L'aplicació de tres potencials de càtode seqüencials (-0.6, -0.7 i -0.8 V vs SHE) ha permès incrementar la velocitat de degradació del CF alhora que s'han obtingut CEs més elevades del 60%. L'operació en BES ha permès obtenir concentracions de Dehalobacter de fins a 10^7 còpies del gen 16SrRNA per mL després d'haver incrementat quatre ordres de magnitud la seva concentració inicial. Concentracions de CF de fins a 800 µM s'han degradat exitosament sense causar una inhibició irreversible a la fermentació del DCM per part de Dehalobacterium. Finalment, la degradació del CF es va combinar amb l'oxidació de toluè en un bioreactor d'una sola cambra operat en continu. Un consorci oxidador de toluè ha establert satisfactòriament un biofilm adherit a la superfície de l'ànode (operant a +0.4 V de potencial) i ha sigut capaç de generar un flux continu d'electrons cap al càtode i produir H2, mediant la reducció del CF per part de Dehalobacter. S'han estudiat els efectes de diferents concentracions de toluè a l'influent del reactor, correlacionant-se positivament amb les velocitats de degradació per part del biofilm a l'ànode. Per altra banda, la fermentació del DCM per part de Dehalobacterium s'ha inhibit en presència de concentracions de 400 µM de toluè a l'influent, però s'ha recuperat en quant aquestes concentracions s'han reduït a 160 µM. |
|---|