Biodiscos : tratamiento biológico de contaminantes en efluentes líquidos

El creciente aumento de la población mundial ha generado un incremento de la demanda de agua con la consecuente disminución de su disponibilidad, situación que se ve agravada por la contaminación de recurso hídrico. La generación de aguas residuales es un hecho inevitable de toda actividad humana y los problemas asociados a las mismas causan deterioros ambientales y atentan contra la salud humana, debido a la ausencia de tratamientos adecuados y a los elevados costos de construcción de los mismos. La Universidad Católica de Córdoba a través de uno de sus Equipos de Investigación asume el compromiso de implementar un sistema que recupere el agua proveniente de los líquidos residuales generados en el campus universitario. Así, se diseña, construye e instala un prototipo que funciona como una innovadora planta compacta de remediación de líquidos residuales utilizando un reactor Biodiscos. Los Biodiscos o Contactores Biológicos Rotativos (RBC), forman parte de una de las tecnologías apropiadas y efi cientes para el tratamiento biológico-secundario de los líquidos residuales con alto contenido de materia orgánica biodegradable. La planta piloto utiliza como tratamiento primario un separador de grasas y un sistema decantador; como tratamiento secundario un Biodiscos y como tratamiento terciario un clarifi cador y dosifi cador de cloro. Biodiscos es un sistema biológico, aeróbico de cultivo fi jo, constituido por un reactor formado por una serie de discos, montados sobre un eje que gira a escasas revoluciones en una cuba semicilíndrica por donde circula el líquido residual; los discos están sumergidos un 40% en el líquido a tratar y sirven de soporte para que los microorganismos se adhieran y formen un fi lm llamado biopelícula, responsable de la depuración del efl uente, es decir, del consumo de los residuos sólidos presentes en el líquido. El líquido que egresa de esta planta de tratamiento es agua limpia, apta para diferentes usos, en el caso del campus universitario de la UCC será utilizado para riego ornamental del predio

Desarrollo de metodología e instrumentación para el análisis de compuestos de interés biológico en sistemas de flujo continuo

La cromatogafía líquida de alta perfomance (HPLC) se ha transformado en una de las herramientas analíticas preferidas en el ámbito académico, tecnológico e industrial. Aunque la técnica data de fin de la década del ´60, no ha sido hasta mediado de los años '70 que la misma ganó popularidad, fundamentalmente por los avances logrados en la reproducibilidad de la fabricación de fases estacionarias, mejores bombas de alta presión y el desarrollo de detectores más sensibles. La cromatografía líquida de alta performance es en la actualidad una técnica de gran utilidad en la química clínica y en la bioquímica. Esta técnica resulta muy útil para el análisis de compuestos a nivel de trazas dentro de las complejas matrices biológicas. El objetivo principal del presente proyecto es realizar investigaciones en el área de la Química Analítica, específicamente química bioanalítica, a fin de desarrollar metodologías y detectores electroquímicos altamente sensibles y selectivos para el análisis de compuestos de interés biológico mediante cromatografía líquida de alta presión. El proyecto comprende tres líneas íntimamente relacionadas: A) Análisis de metabolitos de catecolaminas por HPLC con apareamiento iónico, en orina de ratas cuyas madres han sido sometidas a estrés por inmovilización; esto permitirá correlacionar el efecto del estrés prenatal en los niveles de catecolaminas presentes en las crías. Esta línea está comprendida en un objetivo más amplio que es correlacionar el efecto del estrés prenatal sobre la madurez sexual de las crías. B) Análisis de antibióticos del grupo de las fluoroquinolonas mediante técnicas electroquímicas y de HPLC. Se pretenden elucidar los procesos de electrodo que ocurren durante la electrorreducción de antibióticos del grupo de las fluoroquinolonas, para de esta manera desarrollar detectores electroquímicos para sistemas de flujo continuo. C) Desarrollo de un micropotenciostato computarizado para la detección en sistemas de flujo continuo. (...) También se pretende implementar el uso de un microelectrodo anular desarrollado en la Comisión Nacional de Energía Atómica.

Comportamiento electroquímico de moléculas de interés biológico y ambiental: Electroanalítica

El proyecto abarca diferentes aspectos relacionados con la electroquímica de moléculas orgánicas, priorizando las de interés biológico. Se estudia el comportamiento electroquímico de los sistemas enzimáticos, de los macrociclos y sus complejos de inclusión y de las interfases líquido/líquido modificadas o no por monocapas de sustancias anfipáticas, frente al transporte de iones, iones complejos e ionóforos. Se estudian además procesos de adsorción de iones complejos aplicables al análisis de trazas de iones metálicos. En todos los casos se estudian aspectos básicos y sus aplicaciones electroanalíticas. 1) Comportamiento electroquímico de moléculas orgánicas y de sus complejos de inclusión con ciclodextrinas: se estudia el efecto del macrociclo sobre la reacción de transferencia de carga del ácido ascórbico y de otras moléculas de estructura fenólica o derivados de los catecoles, tales como neurotransmisores y sus metabolitos relacionados. 2) Electrodos enzimáticos: se estudia el comportamiento de polifenol oxidasas provenientes de diversas fuentes, frente a sustratos fenólicos o derivados de catecoles, tales como neurotransmisores y sus metabolitos relacionados. Las enzimas se inmovilizan sobre electrodos de carbono y sobre electrodos de sales orgánicas conductoras mediante diferentes metodologías. Se analizan las aplicaciones analíticas. 3) Interfases líquidas: se continúa con el estudio de la transferencia de iones a través de la interfase H2O/1,2-dicloroetano modificada por la presencia de una monocapa de fosfolípido, como así también del mecanismo de transporte de cationes alcalinos y alcalino-térreos en presencia de distintos ligandos. 4) Estudio de la adsorción de complejos de cationes metálicos sobre electrodos de mercurio y de carbono. Se determinan parámetros de la etapa de transferencia de masa y de la adsorción propiamente dicha, tendientes a establecer los mecanismos de reacciones involucradas en las técnicas voltamétricas de adsorción-desorción. Se compara con técnicas voltamétricas de deposición disolución para los mismos cationes metálicos, con especial énfasis en las aplicaciones analíticas relacionadas con la determinación de cationes metálicos a nivel de trazas.

Propiedades estructurales y dinámicas de organizaciones supramoleculares de interés biológico: Estudios por Resonancia Magnética

En este proyecto se estudian propiedades estructurales y dinámicas de fluídos complejos, en particular de organizaciones como micelas, vesículas, fases hexagonales, etc. Se pretende profundizar en el conocimiento de diversos aspectos de las membranas biológicas y de proteínas que contienen metales de transición usando sistemas modelo simple. Nuestra aproximación experimental al problema involucra esencialmente el uso de la Resonancia Magnética Nuclear de fosfóro-31, hidrógeno, deuterio y carbono-13 y de Resonancia Paramegnética Electrónica usando marcadores de espín. Se realizan también estudios complementarios de áreas moleculares y presiones de colapso en capas monomoleculares y análisis térmico diferencial. (...) Objetivos generales y específicos: El objetivo del proyecto es contribuir a un mejor entendimiento de las complejas membranas biológicas y del funcionamiento de proteínas que contienen metales de transición estudiando propiedades estructurales y dinámicas y transiciones de fase en organizaciones moleculares más simples. Se estudiará la existencia de transiciones de fase liotrópicas y termotrópicas y el efecto de perturbantes sobre la dinámica molecular en los sistemas seleccionados. En el sistema Zn(d,l-histidina)2.5H2O hemos iniciado varias mediciones de RMN de 1H y 2H en función de temperatura que revelan movimientos cuyas energías de activación hemos calculado. Sin embargo, no hemos logrado hasta el momento determinar unívocamente el tipo de movimiento y los átomos involucrados. Es para esto que pretendemos realizar estudios de RMN en otros núcleos tales como 13C, 14N y 15N e iniciar mediciones más finas de tiempos de relajación spin-spin T2 y spin-red T1 en 1H y 2H y en los núcleos mencionados en función de temperatura. Asimismo, se continuará la caracterización de bicapas y otras fases formadas por fosfolípidos de origen natural a los cuales se agregan gangliósidos y/o colesterol. Se aprovecha que el 31P (de abundancia natural 100%) tiene spin nuclear ½ y que la forma de línea de resonancia, una vez cancelada la interacción dipolar magnética con los hidrógenos, provee a través del corrimiento químico del 31P información del entorno del mismo y así de la organización molecular. Complementariamente, los resultados de RPE nos permitirán conocer la dinámica de la zona hidrofóbica de los agregados y diferenciar micelas de vesículas pequeñas. Esta información no es accesible a partir de mediciones de 31P-RMN.

Biodiscos: tecnología no convencional para el tratamiento biológico de líquidos residuales.

El crecimiento de la población mundial ha incrementado la demanda del recurso hídrico con la consecuente disminución de su disponibilidad, situación que se agrava por la escasez y la contaminación. La generación de líquidos residuales es un hecho inevitable de toda actividad humana. Los problemas asociados a la ausencia de tratamientos adecuados causan deterioro en la calidad de las fuentes de agua afectando el medio ambiente y la salud de las poblaciones. Uno de los tratamientos más eficaces y económicamente viables para la remediación de efluentes domésticos o industriales, con alto contenido de materia orgánica, es el sistema de contactores biológicos rotativos (RBC, por sus siglas en inglés) o Biodiscos. Se trata de una tecnología no tradicional que utiliza un reactor aeróbico de cultivo microbiano fijo, constituido por una serie de discos plásticos no biodegradables. Sobre la superficie de los discos se adhieren los microorganismos presentes en el líquido residual formando una biopelícula responsable de la depuración y/o remoción de residuos fundamentalmente orgánicos. De esta etapa resulta un líquido reducido en contaminantes apto para la posterior clarificación y tratamiento antimicrobiano. La tecnología Biodiscos, es una alternativa económica, versátil, sustentable y muy eficiente para la remediación de efluentes domésticos o industriales orgánicos, además de presentar una ventajosa relación costo – beneficio de impacto medioambiental positivo. La biorremediación a través de esta tecnología disminuye significativamente la carga contaminante, recupera el recurso de manera parcial y permite la reutilización del mismo. El objetivo del equipo Biodiscos es encontrar, dilucidar y diseñar más y mejores estrategias para la redisposición de agua limpia. Esto es logrado por la combinación de la tecnología Biodiscos con otras diferentes para alcanzar mayor eficacia y eficiencia en el tratamiento de efluentes. Los resultados de nuestras investigaciones consiguen una calidad de agua apta para diferentes usos: como el riego de espacios verdes o posterior potabilización para consumo animal y/o humano. También, nuestro rol se basa en llegar a la combinación apropiada de tecnologías a través de una ecuación que minimice inversiones, costos operativos y de mantenimiento, según las necesidades de un determinado sistema. Todo ello con la finalidad de favorecer la armonía entre el hombre, sus necesidades y el medio ambiente.

Fotoquímica de moléculas de interés biológico y/o tecnológico. Estudios en medios homogéneos y microheterogéneos

Se estudiará, desde el punto de vista cinético, mecanístico y de identificación de fotoproductos, la fotoquímica de compuestos de interés biológico y/o tecnológico. En particular se estudiarán los procesos de degradación directa y fotoinducida de vitaminas y aromatizantes. Además se investigará sobre la fotoquímica y fotofísica de moléculas fotocrómicas con posibles aplicaciones como memorias ópticas o interruptores moleculares y se comenzará con el desarrollo de nanodispositivos fluorescentes destinados a la detección y cuantificación de especies reactivas de oxígeno. En todos los casos se hará especial énfasis en la elaboración de generalizaciones, basadas en relaciones estructura-reactividad, para familias o grupos de compuestos relacionados, que adviertan acerca de probables procesos fotoquímicos. Estos procesos pueden deberse a absorción lumínica directa por parte del sustrato o bien a reacciones fotosensibilizadas (ante fotoirradiación con luz natural medioambiental) en las que el receptor primario de la luz es un compuesto acompañante, que directa o indirectamente produce especies reactivas que afectan al sustrato en cuestión. Una variante de este segundo proceso es que el mismo sustrato actúe como fotosensibilizador. Los estudios se realizarán en medios homogéneos y microheterogéneos, con el fin, en el segundo caso, de modelar determinados medioambientes de reacción para los diferentes sustratos, o bien de modificar o proveer nuevas propiedades a los compuestos de interés.