Una planta de tratamiento de aguas residuales en Madison, Wisconsin. "Dentro de diez años, la planta de tratamiento típica probablemente se verá bastante diferente a la actual, ”Dice el investigador Daniel Noguera. Crédito:Distrito Metropolitano de Alcantarillado de Madison
Las plantas de tratamiento de aguas residuales tienen un problema de relaciones públicas:a la gente no le gusta pensar en lo que sucede con los desechos que tiran por los inodoros. Pero para muchos ingenieros y microbiólogos, estas plantas son un semillero de avances científicos, incitando a su organización comercial a proponer un cambio de nombre a "instalación de recuperación de recursos hídricos".
Eso es porque las aguas residuales de nuestros lavabos, baños, Las duchas y las lavadoras pueden convertirse en productos valiosos con la ayuda de científicos y bacterias únicas, algunas de las cuales se descubrieron por casualidad en los años noventa.
Estos recién llegados a la escena de la investigación, llamada bacteria anammox, son objeto de un nuevo estudio dirigido por Daniel Noguera y Katherine McMahon, profesores de ingeniería civil y ambiental en la Universidad de Wisconsin-Madison. Los resultados de su investigación se publicaron hoy (31 de mayo de 2017) en la revista Comunicaciones de la naturaleza .
El nombre de la bacteria refleja su función:convierte el amonio en gas nitrógeno en condiciones anaeróbicas (sin oxígeno). Tanto los investigadores como los operadores de plantas de tratamiento están entusiasmados con estos microbios porque tienen el potencial de ahorrar una gran cantidad de dinero.
"Ser capaz de eliminar el amonio anaeróbicamente es bastante importante porque aproximadamente el 50 por ciento del costo operativo de una planta de alcantarillado es bombear oxígeno al agua, "Dice Noguera." Se necesita algo de este oxígeno para eliminar el amonio con el método convencional ".
Los profesores de ingeniería civil y ambiental de UW-Madison Daniel Noguera, izquierda, y Katherine McMahon estudian cómo la bacteria anammox puede mejorar los métodos convencionales de tratamiento de aguas residuales. Crédito:Stephanie Precourt / UW-Madison
Pero las bacterias anammox no abordan su trabajo de forma aislada. Son parte de una comunidad, complejo como el microbioma en nuestro intestino que descompone los alimentos y nos mantiene saludables de muchas otras maneras. Es esta comunidad la que fue objeto del nuevo estudio.
"Sabíamos muy poco sobre el papel de las bacterias que coexisten en los gránulos de anammox, "Dice Noguera." Por primera vez, Nuestro estudio identificó niveles detallados de expresión génica en estos gránulos. Esto proporciona pistas importantes sobre lo que la bacteria anammox y sus parejas podrían estar haciendo realmente. y cómo interactúan ".
Estos socios se llaman heterótrofos, ya que dependen de las bacterias anammox, que son productoras primarias (o autótrofas), como plantas capaces de realizar la fotosíntesis:convertir el dióxido de carbono atmosférico en carbono orgánico. Entre los resultados más intrigantes del nuevo estudio se encuentran las hipótesis para el intercambio de material bioquímico entre estos dos grupos de microbios.
Los heterótrofos reciben el carbono orgánico que necesitan para crecer a partir de la bacteria anammox en forma de varias moléculas específicas. los investigadores descubrieron en el estudio. En cambio, los heterótrofos convierten el nitrógeno en una forma que las bacterias anammox necesitan para crecer.
Una planta de tratamiento de aguas residuales convencional convierte el amonio, que es tóxico para los peces, en nitrógeno gaseoso y nitrato. Se libera gas nitrógeno a la atmósfera, mientras que el nitrato, un nutriente importante para las plantas, permanece en el agua tratada. Las regulaciones sobre la cantidad de nitrato que puede liberarse varían según el estado, pero el exceso de nitrato contribuye a la proliferación de algas en cuerpos de agua naturales, agotamiento de los niveles de oxígeno para los organismos acuáticos.
Christopher Lawson, estudiante de posgrado de la UW-Madison, toma muestras de un biorreactor de anammox en la Universidad de Radboud en Nijmegen, Países Bajos. Crédito:Universidad de Wisconsin-Madison
Una ventaja adicional de la bacteria anammox, en comparación con el tratamiento de aguas residuales convencional, es que convierten una mayor cantidad de amonio en nitrógeno gaseoso.
Los operadores de plantas de tratamiento ahora tienen que sopesar las ventajas de estos nuevos microbios frente a sus desafíos de implementación. La bacteria Anammox crece muy lentamente, tardando unos siete días en duplicar su número. Y requieren ciclos de oxígeno y temperatura monitoreados de cerca, creciente complejidad operativa.
Pero los reactores de anammox no son la única opción para que la planta de tratamiento del futuro extraiga recursos valiosos de las aguas residuales. De hecho, algunas plantas ya producen más energía de la que necesitan para funcionar a partir del biogás que se forma durante la descomposición de la materia orgánica.
"Dentro de diez años, la planta de tratamiento típica probablemente se verá bastante diferente a la actual, "Dice Noguera." Los recursos recuperados pueden no solo incluir agua limpia y energía, sino también una variedad de productos químicos, como fertilizantes y precursores de plásticos y fibras. Como parte de esta evolución, Creo que los reactores de anammox pronto se convertirán en convencionales ".
