Desarrollo de técnicas moleculares para el monitoreo y control de

Desarrollo de técnicas moleculares para el
monitoreo y control de “biofouling” en
membranas de plantas de osmosis reversa
Dr. Francisco Remonsellez
CEITSAZA
Dedicados a la investigación y desarrollo tecnológico para la
gestión sustentable y eficiente del recurso hídrico
Misión
Ser un referente con reconocimiento
nacional e internacional en investigación,
formación de competencias y desarrollo de
soluciones tecnológicas innovadoras
Visión
Ser líderes en la investigación y desarrollo
tecnológico para la gestión sustentable y
eficiente del recurso hídrico, a través de
la innovación, la protección y el respeto al
medio ambiente y a las personas.
26 Profesionales
13 doctores
Especialidades Ingeniería: Química, Civil, Industrial, Comercial, Medio ambiente, Biotecnologia; Metalúrgica; Geología, Analista Químico, Física y Periodismo.
Minería, Agricultura,
Comunidad
otras industrias
Sector Público y
Privado
Que hacemos: Estudios, Validación de Tecnologías y procesos,
proyectos de I+D, cursos
¿Que queremos?
  Lograr la sostenibilidad del Centro: a través de recursos públicos , privados y el
Desarrollo de servicios al Gobierno Regional   Formar un Centro de Clase Mundial, con estándares de calidad y seguridad en I+
D+i   Lograr un crecimiento anual del 25% en los ingresos del Centro   Potenciar y fortalecer el posicionamiento de Centro, como un ente referente de la
Región.   Generar planes de Difusión y Transferencia Tecnológica   Implementar al menos un convenio de colaboración anual, con Centros e
invesJgadores internacionales   Desarrollar planes estratégicos de Innovación Líneas de Trabajo
Gestión
de Cuencas
Soluciones
Tecnológicas
Formación
y Capacitación
•  Balance y Modelamiento de sistemas hídricos
•  Evaluación de contaminación de aguas superficiales y subterráneas
•  Monitoreo variables hidro-climatológicas
•  Generación de indicadores para la gestión del recurso.
•  Auditorias y optimización del uso del agua
•  Tecnologías de desalinización de agua mediante membranas.
•  Tecnologías de acondicionamiento y tratamiento de aguas
•  Tratamiento y re-uso de aguas residuales (domésticas e industriales)
•  Agricultura en el desierto
• Capacitación, Especialización y Magister
•  Manejo de recursos hídricos y ecosistemas asociados.
•  Tecnologías para el acondicionamiento y tratamiento del agua
  Los problemas con el recurso hídrico aparecerán en la próximas
décadas, debido a la escasez de agua a nivel mundial.
  Este problema ha generado una gran cantidad de investigación para
desarrollar nuevos métodos de purificación de agua.
  Al mismo tiempo, minimizar el uso de productos químicos y el impacto
sobre el medio ambiente.
  Reutilización de aguas residuales y desalinización de agua salobre y
de mar
“Fouling” es causado por sustancias extracelulares
poliméricas (EPS) o polisacáridos, proteínas y materia
orgánica natural: “BIOFOULING=BIOPELÍCULA”
Schannon y col., 2008. Nature
ENSUCIAMIENTO
VISUAL
VISTA
FRONTAL
MICROSCOPÍA ELECTRÓNICA DEL ENSUCIAMIENTO
Scheider y col., 2005. J. Mem. Science
“BACTERIAS ESTRESADAS”
-COMPUESTOS ORGÁNICOS
-COMPUESTOS INORGÁNICOS
-CAMBIOS EN pH
-CAMBIOS DE TEMPERATURA
-PRESIÓN DEL SISTEMA
Stoodley y col., 2002. Annu. Rev. Microbiol.
  La generación de “biofouling” es la gran limitante en las
instalaciones y sistemas de desalación: se refleja directamente en
los costos operacionales debido a la pérdida de producto final,
costo de reemplazo de piezas del sistema, costos de limpieza,
entre otros.
  Actualmente, no existen medidas adecuadas para medir, evaluar,
prevenir y/o reducir la formación de “biofouling”: los procesos
microbiológicos y físicos asociados a la formación de biopelículas y
en los sistemas dinámicos de alta presión OR han sido poco
estudiados y analizados.
  Abre una amplia ventana para potenciales desarrollos científicos y
tecnológicos a nivel regional y nacional.
Bereschenko y col., 2008. Appl. Environ. Microbiol.
PLANTA DE
OSMOSIS
REVERSA
“PARÁMETROS
OPERACIONALES”
“PARÁMETROS
FISICOQUÍMICOS”
“COMPONENTE
BIOLÓGICO”
CONTEO DE MICROORGANISMOS HETERÓTOROFOS:
METODO DEPENDIENTE DE CULTIVO
-SELECCIÓN EN MEDIOS
DE CULTIVO
-CÉLULAS VIABLES
-MÉTODOS DE
AISLAMIENTO: ACCESO A
UN PEQUEÑO NÚMERO DE
MICROORGANISMOS
-ENTRE EL 1 % - 10 % DE
LA POBLACION TOTAL
¿COMO CULTIVAR LO
INCULTIVABLE?
TÉCNICAS MOLECULARES: CÉLULA A NIVEL MOLECULAR
EPS
(polisacáridos)
ADN/ARN
(información
genética)
ATP
(energía)
Proteínas
(funcionalidad)
ATP: Adenosin trifosfato
TDC: Conteo celular directo
HPC: Conteo en placa
MICROSCOPIA DE EPIFLUOERESCENCIA
TINCIÓN DE ÁCIDOS NUCLEICOS: CÉLULAS VIVAS
TINCION DE LECTINA: EXOPOLISACÁRIDOS
MEMBRANA
MEMBRANA
+
BIOPELÍCULA
CÉLULAS
EPS
González y col., 2012. Appl. Microbiol. Biotechnol.
COMUNIDAD MICROBIANA
ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA
METAGENOMA: INFORMACION GENETICA DE TODA UNA
COMUNIDAD MICROBIANA
TÉCNICA INDEPENDIENTE DE CULTIVO
F: Alimentación
UF: Superficie tanque de
almacenaje
CF: Entrada a osmosis
M: Membrana sucia
P: Agua producto
“CONOCER
Y
ENTENDER EL
SISTEMA A NIVEL
MICROBIOLÓGICO”
Conclusiones + Proyecciones
  El entendimiento del origen y el proceso de formación biopelículas son de
vital importancia para generar el posterior tratamiento en las aguas y
aumentar la vida útil de las membranas OR.
  La generación de un sistema para evaluar y controlar la formación de
“biofouling” es de gran necesidad para los sistemas de osmosis reversa.
  Las herramientas independientes de cultivo tienen ventajas
significativas: tiempo, tipo y cantidad de información.
  No existen en Chile laboratorios especializados ni estrategias para
enfrentar esta problemática. La generación de un sistema para evaluar y
controlar la formación de “biofouling” es y será una necesidad
imprescindible en todas las plantas de tratamiento de agua a nivel
nacional y regional.
  Generar una unidad con capital humano avanzado enfocada a resolver y
evaluar problemas relacionados la formación de “biofouling” en plantas de
tratamiento de aguas en la Industria.
Proyecto FIC-2012: Mejora de la eficiencia y reducción de costos de
operación en Plantas de Osmosis Inversa de PYMES de Agua Potable
Rural (APR) mediante el control y minimización del ensuciamiento de
membranas.