Effetto antibiofilm potenziato dalla modifica di 1,2,3

Scientific Reports volume 6, numero articolo: 24289 (2016) Citare questo articolo

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Il biofouling ostacola le prestazioni dei bioreattori a membrana. In questo studio, abbiamo studiato gli effetti antivegetativi delle membrane di polisulfone modificate da nanoparticelle di 1,2,3-triazolo e palladio (Pd). Le membrane modificate sono state valutate per l'efficacia antibatterica e antivegetativa in un biofilm di specie monocoltura (ovvero, reattore a biofilm con flusso a goccia, DFR) e in un esperimento di biofilm di specie miste (ovvero, reattore a membrana aerobica, AeMBR). Le nanoparticelle di 1,2,3-triazolo e Pd hanno inibito la crescita di Pseudomonas aeruginosa sia in condizioni aerobiche che anaerobiche. La diminuzione della crescita batterica è stata osservata insieme a una diminuzione della quantità di polisaccaride totale all'interno della matrice del biofilm delle specie monocoltura. Quando le membrane modificate erano collegate all'AeMBR, l'aumento della pressione transmembrana era inferiore a quello delle membrane non modificate. Ciò è stato accompagnato da una diminuzione delle concentrazioni di proteine ​​e polisaccaridi all'interno della matrice del biofilm di specie miste. Anche la quantità di biomassa nello strato di biofilm era inferiore in presenza di membrane modificate e non vi era alcun effetto dannoso sulle prestazioni del reattore, come valutato dai tassi di rimozione dei nutrienti. L'analisi dell'rRNA 16S ha inoltre attribuito il ritardo nell'imbrattamento della membrana alla diminuzione dell'abbondanza relativa di gruppi batterici selezionati. Queste osservazioni collettivamente indicano un minor verificarsi di incrostazioni ottenuto dalle membrane modificate.

I bioreattori a membrana (MBR) sono sempre più utilizzati come biotecnologia preferita per il trattamento delle acque reflue perché l'accoppiamento di un processo di separazione a membrana consentirebbe di ottenere una migliore qualità dell'effluente. Le membrane possono essere utilizzate anche per trattenere i metalli catalitici (ad esempio ossido di manganese, palladio) all'interno dei bioreattori. I metalli catalitici a loro volta realizzano l'idrodealogenazione riduttiva di contaminanti (ad esempio prodotti farmaceutici e per la cura personale, biocidi e microinquinanti organici) che altrimenti non sarebbero facilmente biodegradabili in un processo convenzionale a fanghi attivi. A scopo dimostrativo, il palladio (Pd) è stato utilizzato come metallo catalitico per ottenere la rimozione riduttiva di prodotti farmaceutici, biocidi e mezzi di contrasto iodati1. Allo stesso modo, il Pd è stato utilizzato in un reattore a membrana a piastre continue per ottenere una rimozione completa, efficiente e rapida del tricloroetene (TCE)2. In entrambi i casi, il Pd è stato trattenuto fisicamente nell'MBR attraverso l'uso di membrane di nanofiltrazione a fibra cava o ricircolato attraverso il sistema del reattore sotto forma di sospensione. Tuttavia, la mancanza di un materiale di supporto per queste nanoparticelle può provocare l’agglomerazione e la crescita delle nanoparticelle, che causerà una conseguente diminuzione dell’effetto catalitico3,4.

In alternativa, le particelle di Pd possono essere incorporate sulle superfici della membrana in modo da ottenere una distribuzione uniforme di questo catalizzatore su tutta l'area superficiale reattiva. Ad esempio, Hennebel e colleghi hanno incapsulato particelle di Pd in ​​membrane di fluoruro di polivinilidene e hanno dimostrato che tali contattori a membrana modificati possono essere utilizzati nel trattamento dell'acqua contaminata da diatrizoato5. Tuttavia, esiste la possibilità che le membrane contenenti Pd siano suscettibili alla deposizione di bioincrostazioni nel corso del funzionamento del reattore. Questo perché a differenza di alcuni metalli pesanti come le nanoparticelle di argento o rame che mostrano forti effetti antibatterici6,7,8,9, le nanoparticelle di Pd hanno solo effetti antibatterici deboli e selettivi10. Il biofouling è particolarmente dannoso per le prestazioni dei bioreattori a membrana poiché può comportare una diminuzione della produzione di permeato, un aumento della pressione transmembrana e una minore durata del modulo di membrana11. Inoltre, bioincrostazioni come proteine ​​e polisaccaridi possono avvelenare la superficie del catalizzatore e provocare una bassa attività catalitica.