Efeito antibiofilme aprimorado pela modificação de 1,2,3

Scientific Reports volume 6, Número do artigo: 24289 (2016) Citar este artigo

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A bioincrustação impede o desempenho dos biorreatores de membrana. Neste estudo, investigamos os efeitos anti-incrustantes de membranas de polissulfona modificadas por nanopartículas de 1,2,3-triazol e paládio (Pd). As membranas modificadas foram avaliadas quanto à eficácia antibacteriana e anti-incrustante em um biofilme de espécies de monocultura (ou seja, reator de biofilme de fluxo por gotejamento, DFR) e experimento de biofilme de espécies mistas (ou seja, reator de membrana aeróbica, AeMBR). As nanopartículas de 1,2,3-triazol e Pd inibiram o crescimento de Pseudomonas aeruginosa em condições aeróbicas e anaeróbicas. A diminuição no crescimento bacteriano foi observada junto com uma diminuição na quantidade de polissacarídeo total dentro da matriz do biofilme da espécie em monocultura. Quando as membranas modificadas foram conectadas ao AeMBR, o aumento da pressão transmembrana foi menor do que nas membranas não modificadas. Isso foi acompanhado por uma diminuição nas concentrações de proteínas e polissacarídeos na matriz do biofilme de espécies mistas. A quantidade de biomassa na camada de biofilme também foi menor na presença de membranas modificadas e não houve efeito prejudicial no desempenho do reator avaliado a partir das taxas de remoção de nutrientes. A análise do rRNA 16S atribuiu ainda mais o atraso na incrustação da membrana à diminuição da abundância relativa de grupos bacterianos selecionados. Essas observações apontam coletivamente para uma menor ocorrência de incrustação alcançada pelas membranas modificadas.

Os biorreatores de membrana (MBR) são cada vez mais usados ​​como uma biotecnologia preferida para o tratamento de águas residuais porque o acoplamento de um processo de separação por membrana alcançaria uma melhor qualidade do efluente. As membranas também podem ser usadas para reter metais catalíticos (por exemplo, óxido de manganês, paládio) dentro dos biorreatores. Os metais catalíticos, por sua vez, atingem a hidrodesalogenação redutora de contaminantes (por exemplo, produtos farmacêuticos e de higiene pessoal, biocidas e micropoluentes orgânicos) que, de outra forma, não são facilmente biodegradados em um processo convencional de lodo ativado. Para demonstrar, o paládio (Pd) tem sido usado como metal catalítico para alcançar a remoção redutora de produtos farmacêuticos, biocidas e meios de contraste iodados1. Da mesma forma, Pd foi usado em um reator de membrana de placas contínuas para obter uma remoção completa, eficiente e rápida de tricloroeteno (TCE)2. Em ambos os casos, o Pd foi fisicamente retido no MBR por meio do uso de membranas de nanofiltração de fibra oca ou recirculado por todo o sistema do reator na forma de suspensão. No entanto, a falta de um material de suporte para essas nanopartículas pode resultar na aglomeração e crescimento das nanopartículas, o que causará uma posterior diminuição do efeito catalítico3,4.

Alternativamente, as partículas de Pd podem ser incorporadas nas superfícies da membrana, de modo a obter uma distribuição uniforme desse catalisador em toda a área de superfície reativa. Por exemplo, Hennebel e colaboradores encapsularam partículas de Pd em membranas de fluoreto de polivinilideno e demonstraram que tais contatores de membrana modificados podem ser usados ​​no tratamento de água contaminada com diatrizoato5. No entanto, existe a possibilidade de que as membranas contendo Pd sejam suscetíveis à deposição de bioincrustantes durante a operação do reator. Isso ocorre porque, ao contrário de alguns metais pesados, como nanopartículas de prata ou cobre, que apresentam fortes efeitos antibacterianos6,7,8,9, as nanopartículas de Pd têm apenas efeitos antibacterianos fracos e seletivos10. A bioincrustação é particularmente prejudicial para o desempenho dos biorreatores de membrana, pois pode resultar em diminuição da produção de permeado, aumento da pressão transmembrana e redução da vida útil do módulo de membrana11. Além disso, bioincrustantes como proteínas e polissacarídeos podem envenenar a superfície do catalisador e resultar em baixa atividade catalítica.