Mecanismos multidimensionales del carbón biológico para mitigar el estrés por Fe (III) en los consorcios de Anamox

Área de la Ciencia:

• Microbiología ambiental
• Química del medio ambiente
• Biotecnología

Sus antecedentes:

• Las altas concentraciones de hierro (III) inhiben los procesos de oxidación anaeróbica del amonio (anammox), limitando su aplicación en el tratamiento de aguas residuales.
• El desarrollo de estrategias eficaces para mitigar la toxicidad del hierro es crucial para optimizar las tecnologías de eliminación del nitrógeno.

Objetivo del estudio:

• Investigar los mecanismos por los que el biochar mitiga el estrés del Fe (III) en los sistemas anammox.
• Evaluar el impacto del biocarbón en la eficiencia de eliminación del nitrógeno, la comunidad microbiana y la especiación del hierro en condiciones de alto Fe (III).

Principales métodos:

• Se establecieron sistemas de reacción por lotes con diferentes concentraciones de Fe (0-100 mg/L) con y sin carbón biológico.
• Se analizó la eficiencia de la eliminación de nitrógeno, las propiedades de las sustancias poliméricas extracelulares (EPS), el análisis de la fase mineral y la estructura de la comunidad microbiana.
• Se examinaron los grupos funcionales redox activos en el carbón biológico y su papel en la conversión del hierro.

Principales resultados:

• El carbón biológico mitigó significativamente la toxicidad del Fe ((III), manteniendo una alta eficiencia de eliminación de nitrógeno (84,7 ± 1,40% a 50 mg/L de Fe ((III)).
• El biochar promovió la secreción de EPS, formando una barrera protectora, y facilitó la conversión de las especies tóxicas de Fe (III) a las menos tóxicas de Fe (II) (Fe3O4/FeO (OH)).
• Biochar protege selectivamente a Candidatus Brocadia y enriquece las bacterias de oxidación Fe ((II) dependientes del nitrato, mejorando la conversión de nitrógeno.

Conclusiones:

• El biochar mejora efectivamente la tolerancia al Fe (III) en los sistemas anammox a través de la adsorción física, la reducción química y el refugio biológico.
• Este estudio proporciona información sobre el papel del biochar en la regulación del EPS, la morfología del hierro y las respuestas microbianas, cruciales para el tratamiento de aguas residuales de metales pesados.
• Los hallazgos apoyan la aplicación de biocarbón para optimizar la eliminación de nitrógeno bajo en carbono en escenarios difíciles de aguas residuales industriales.