AUTORA: IRINA ALEMÁN LÓPEZ. TITULACIÓN: GRADO EN INGENIERÍA QUÍMICA. ESCUELA: INGENIEROS INDUSTRIALES Y CIVILES. CURSO ACADÉMICO: 2014/2015.

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Cristián Castillo Alarcón
hace 6 años
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1 AUTORA: IRINA ALEMÁN LÓPEZ. TITULACIÓN: GRADO EN INGENIERÍA QUÍMICA. ESCUELA: INGENIEROS INDUSTRIALES Y CIVILES. CURSO ACADÉMICO: 2014/2015. TUTORES: JUAN EMILIO GONZÁLEZ GONZÁLEZ MARÍA PILAR GARCÍA JIMÉNEZ

2 Las Islas Canarias debido a su escasez de precipitaciones y ausencia de lagos, ríos, etc se ven claramente afectadas por una carencia de recursos hídricos, es por ello, por lo que se han tenido que buscar soluciones a este problema, como la desalación de agua de mar para abastecer la necesidad de agua potable a la población. Para ello la ósmosis inversa se ha convertido en la solución idónea, ya que este proceso se encarga de separar la sal del agua de mar. La importancia de la desalación proviene de que el 97% del agua que existe en el planeta es salada 1 y tan sólo una cantidad inferior al 1% es apta para el consumo humano 1. Las personas no pueden consumir agua que tenga más de 0,50 gramos de sales disueltas por litro, aunque tampoco es bueno que consuman un agua que esté totalmente desmineralizada 1. El agua de mar tiene un efecto deshidratante en los seres vivos, provoca que se acumule una alta cantidad de electrolitos en el organismo, lo que se traduce en vómitos, diarrea, y si es en exceso, puede causar hasta la muerte. Para realizar la desalación en primer lugar hay que tomar el agua del mar e introducirla en las unidades de pretratamiento en las que se realizan procesos químicos y distintos filtrados. Tras esto, el agua es impulsada hacia las membranas en las que se produce la ósmosis inversa, es decir, se separan las sustancias tóxicas y sales del agua mediante una membrana semipermeable y se convierte el agua introducida en saludable para el organismo del ser humano. Pero no todo puede ser tan ideal, en el proceso de ósmosis inversa en la etapa del tratamiento de agua de mar, ésta lleva consigo una carga contaminante bacteriana que produce lo que se denomina como biofouling. El problema del biofouling se ve más acentuado en climas cálidos con aguas tropicales, de ahí que repercuta tanto en la desalación de aguas de mar en Canarias. La importancia del biofouling en la industria de la desalación se debe a que un ataque bacteriano a las membranas de ósmosis inversa las daña irreversiblemente, ya que la capa de rechazo de sales de la membrana comienza a permitir el paso relativamente libre de sales y de agua por lo que es importante detectarlo, diagnosticarlo, y atacarlo antes de que produzca el deterioro de la membrana. 1 Datos extraídos de la empresa hidrosalud. IRINA ALEMÁN LÓPEZ 1

3 Es por ello que el pretratamiento del agua de mar es uno de los pasos cruciales para que un sistema de desalación por ósmosis inversa sea rentable. El rendimiento y la eficiencia de un sistema donde se empleen las membranas de ósmosis inversa depende directamente de la calidad del agua de alimentación. Las impurezas en el agua de alimentación pueden disminuir el rendimiento de la membrana provocando su ensuciamiento y por tanto su degradación. Las membranas en su mayoría son propensas al ensuciamiento provocado por bacterias, hongos y algas. Cuanto más grande sean los organismos, éstos tienden a afectar a otras partes de la planta de desalación, como las tuberías y los procesos de pretratamiento. A diferencia de los otros tipos de ensuciamiento, el biofouling no puede ser totalmente eliminado en el pretratamiento. Incluso con la cloración no se consigue extinguir por completo a los microorganismos responsables de la formación de dicho biofouling. Por ejemplo, si el 99% de estos microorganismos han sido eliminados en la fase de pretratamiento, el 1% restante iniciará la multiplicación de nuevo, ya que estos microorganismos se alimentan de cualquier tipo de sustancia biodegradable que puedan encontrar en el sistema para formar una nueva colonia. Como los microorganismos viajan a través de tuberías hasta llegar a las membranas forman en éstas una capa de biofilm. Este biofilm tiene efectos muy adversos tanto en la durabilidad como en el rendimiento de las membranas. El primer efecto de la biopelícula será la de restringir el flujo de agua en el sistema, ya que la capa de biofilm aumentará la rugosidad de la superficie y esto implicaría más potencia para lograr que el mismo caudal pase a través de las membranas. A medida que la colonia microbiana vaya creciendo, el efecto será más agudo y, finalmente, dará lugar a la obstrucción de la membrana causando una disminución severa de flujo de permeado. En segundo lugar, habría que aumentar la presión aplicada a través de la membrana para contrarrestar el efecto de aumento de la rugosidad de la superficie por lo que se reducirá la vida útil de la membrana, ya que no están diseñadas para soportar una presión excesiva durante períodos prolongados de tiempo. El tercer efecto sería que habría una disminución de rechazo de sales. Esto ocurre porque la rugosidad de la biopelícula en la superficie de la membrana favorece la concentración de iones. IRINA ALEMÁN LÓPEZ 2

4 Por todos los puntos señalados se concluye que la prevención del biofouling es una consideración muy importante en el diseño de sistemas de membranas de ósmosis inversa, ya que el bioensuciamiento (biofilm) conduce a una disminución del rendimiento del sistema, una disminución en la tasa de flujo del producto, disminución de rechazo de sal y aumento de la caída de presión.es por todo ello que uno de los objetivos primordiales en la mayoría de las plantas industriales que empleen agua de mar en cualquier proceso, es la reducción, prevención y eliminación de la acumulación de biofouling. Las técnicas empleadas para la eliminación del biofouling hasta hoy han sido métodos químicos o físicos, pero en este Trabajo Fin de Título (TFT) se dará una solución a este problema desde una perspectiva biológica. De la parte experimental llevada a cabo se obtuvieron que las características del agua de entrada a la planta de ósmosis inversa de las Palmas III son: Tabla 1. de datos físico-químicos Parámetro medido Valor obtenido ph a 25ºC 8,19 Conductividad (ms/cm) a 25ºC 60,70 Salinidad (mg/l de NaCl) 38,20 Turbidez(NTU) 39,52 Sólidos en suspensión(mg/l) 21,5 SDI 0,36 Tabla 2. de parámetros microbiológicos Parámetro medido Marzo 2015 (UFC) Junio 2015 (UFC) Escherichia Coli (en 50 ml) 0 0 Enterococos (en 100 ml) 3 2 Coliformes totales (en 100 ml) 3 4 Coliformes fecales(en 100 ml) 2 0 Heterótrofos a 22ºC (en 1 ml) 0 0 IRINA ALEMÁN LÓPEZ 3

En lo que respecta a la extracción de ADN, todos los métodos desarrollados y puestos a punto para las membranas de ósmosis

Extracción de ADN con el método del litio y método del Kit. ADN presente en los pocillos Figura 2.

La técnica de la amplificación de la polimerasa (PCR) determinó molecularmente que de las especies analizadas:

5 En lo que respecta a la extracción de ADN, todos los métodos desarrollados y puestos a punto para las membranas de ósmosis inversa revelaron la presencia de población bacteriana. ADN presente en los pocillos Figura 1. Extracción de ADN con el método del litio y método del Kit. ADN presente en los pocillos Figura 2. Extracción de ADN con el método del CTAB y método del Freezing/Thawing. La técnica de la amplificación de la polimerasa (PCR) determinó molecularmente que de las especies analizadas: Pseudoalteromonas y Bacillus ya descritas en la bibliografía como favorecedoras del fouling, pues que sólo hubo presencia de las Pseudoalteromonas. Muestra Escaleras Figura 3. Electroforesis del primer de Pseudoalteromonas IRINA ALEMÁN LÓPEZ 4

6 Una vez se detectó la especie presente en las muestras de las membranas de ósmosis inversa, se procedió a buscar el gen que caracterizaba a dicha especie con el ADN amplificado que se obtuvo en la PCR de las Pseudoalteromonas y se detectó que el gen que estaba presente era el alpp. Escalera Muestra Figura 4. Electroforesis del primer del gen de alpp En definitiva este Trabajo Final de Título es el punto de partida para el estudio del biofouling ya que, permitirá en el futuro caracterizar las zonas promotoras del gen que favorecen la expresión/inhibición de éste último y por tanto dará una idea del tratamiento de las membranas de ósmosis ya sea haciendo una modificación directamente en el diseño o la construcción de las mismas o realizando un tratamiento previo al agua de entrada a las membranas. IRINA ALEMÁN LÓPEZ 5

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