Bioelectrochemically-assisted remediation: a novel strategy for cleaning-up polluted soils
- Autores: Ainara Domínguez Garay
- Directores de la Tesis: Abraham Esteve Núñez (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Alcalá ( España ) en 2016
- Idioma: inglés
- Tribunal Calificador de la Tesis: Silvia Marqués Martín (presid.), José Luis Copa Patiño (secret.), María del Mar González Barroso (voc.), Eduardo Díaz Fernández (voc.), Andrea Schievano (voc.)
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: e_Buah
- Resumen
- español
La biodegradación electroquímicamente asistida supone una nueva herramienta en la degradación de compuestos contaminantes presentes en el suelo. Esta aplicación deriva del concepto de Celda de Combustible Microbiana Sedimentaria (CCMS), en donde el ánodo que se encuentra situado en un suelo bajo condiciones anaerobias se conecta al cátodo situado en una superficie de agua dando lugar a un circuito eléctrico entre ambos electrodos. La novedad de esta técnica recae en el carácter ilimitado que tiene el electrodo del suelo (ánodo) como aceptor final de electrones, lo que permite a los microorganismos llevar a cabo la oxidación metabólica independientemente de las condiciones naturales del suelo. El objetivo principal de este trabajo de tesis es evaluar a través de ensayos de laboratorio, la aplicación de las CCMS en sistemas con suelo, así como sus limitaciones para ser usadas como herramienta alternativa para la biodegradación.
La tesis queda estructurada en 7 capítulos. El primero corresponde a la introducción y la descripción del estado de arte de la tecnología. El segundo capítulo marca los objetivos específicos del trabajo de tesis y define el marco global de la misma. La parte estrictamente experimental se desarrolla entre los capítulos 3 y 6 en donde se analiza: la influencia de la estructura de un suelo en la eficiencia de los sistemas aplicados, la aplicación de estos dispositivos en la biorrecuperación de suelos contaminados, así como el seguimiento del proceso de mineralización del contaminante inicial sometido a distintos tratamientos y diferentes configuración de electrodos, y el desarrollo de un nuevo diseño alejado de los convencionalismos que permite su aplicación en cualquier lugar remoto en ausencia de superficies de agua sobre suelos contaminados. El capítulo 7 presenta una discusión y unas conclusiones generales del trabajo de tesis, así como una serie de perspectivas de futuro. Las consideraciones generales se presentan a modo de pregunta-respuesta. El notable impacto de los electrodos en la biodegradación, sugiere un futuro prometedor para esta tecnología ambiental emergente. De este modo, este trabajo sostiene la idea de que esta nueva estrategia para la limpieza de suelos contaminados podría representar una buena alternativ respecto a las técnicas convencionales de biodegradación. Este novedoso campo de investigación muestra un amplio espectro de posibilidades para su futura aplicación en ambientes reales.
- English
Bioelectrochemically-assisted remediation is a novel tool for enhancing the degradation of soil pollutants. This application derives from the Sediment Microbial Fuel Cell (SMFC) concept, where an anode is buried in an anaerobic soil and connected through an electrical circuit to a cathode in the overlying water layer. The novelty of this technique lies in the unlimited character of soil-buried electrode as terminal electron acceptor (anode) allowing microorganisms to perform oxidative metabolism beyond the natural conditions found in soil. Unlike most of the standard Microbial Fuel Cells (MFCs) application developed in water matrix, implementing SMFC in the soil implies a very high resistance for proton transfer that limits the mass transfer, decreasing the efficiency in the degradation process. This is probably the reason why, since 2001, SMFC systems have been developed in ecological water bodies as marine sediments or freshwater flooded environments (rivers and waterlogged field crops), where saturated soil condition facilitates the ions transfer across soil matrix. However, this water dependence limits the application of microbial electrochemistry in soil because flooding is not a common situation for soil environments.
The aim of this thesis was to evaluate the application of microbial electrochemical systems in soil for either harvesting energy or bioremediating polluted soils. In this context, bioremediation assays were based on the use of he herbicide atrazine as model compound.
The remarkable impact of electrodes on soil bioremediation suggests a promising future for this emerging environmental technology. The work presented in this thesis supports the idea that this novel strategy for cleaning-up polluted soil might represent a potential alternative to conventional bioremediating techniques. This novel research field shows a wide spectrum of possibilities for its future application in real environments.
- español
