Het ophopen van vuil op de membranen van rioolwaterzuiveringsinstallaties wordt lange tijd als een probleem beschouwd, toch kan het helpen bij het verwijderen van antibioticaresistente bacteriën en antibioticaresistentiegenen uit afvalwater dat wordt behandeld in anaërobe membraanbioreactoren.

Omdat afvalwater doorspekt is met antibiotica die in ziekenhuizen worden gebruikt, huizen en landbouw, zuiveringsinstallaties zijn potentiële hotspots voor bacteriën om resistentie te ontwikkelen en resistentiegenen tussen soorten over te dragen.

Pei-Ying Hong van het waterontziltings- en hergebruikcentrum van KAUST, samen met haar Ph.D. student Hong Cheng, wilde weten hoe de biofouling, of ophoping van vuil, van membranen die verontreinigende stoffen uit rioolwater filteren, beïnvloedt hun vermogen om antibioticaresistente bacteriën en bacteriële antibioticaresistentiegenen te filteren.

"De conventionele wijsheid is dat biofouling een probleem is en, als ingenieurs, we willen de biofoulantlaag uitroeien omdat deze de waterstroom belemmert, " legt Cheng uit. "Maar, onze studie toonde aan dat biofouling kan helpen bij het verwijderen van verontreinigingen uit afvalwater door te functioneren als een laag die ze adsorbeert."

Hong en Cheng gebruikten een bioreactor ter grootte van een laboratorium, gevoed met synthetisch afvalwater dat drie soorten antibioticaresistente bacteriën en drie soorten antibioticaresistentiegenen bevat.

De experimentele reactor behandelt afvalwater met behulp van niet-zuurstofverbruikende, of anaëroob, micro-organismen die de vaste stoffen en verontreinigende stoffen consumeren en afbreken. Anaërobe membraanbioreactoren hebben potentieel als duurzame alternatieven voor de aërobe membraanbioreactoren. De aërobe gebruiken zuurstofverbruikende micro-organismen om verontreinigende stoffen af ​​te breken, veel energie nodig om het systeem te beluchten.

Het gezuiverde afvalwater werd gefilterd door drie steeds meer vervuilde membranen. Deze resultaten werden vergeleken met gelijkaardig behandeld afvalwater gefilterd door een nieuwe, schoon membraan.

Hong en Cheng ontdekten dat de verwijdering van antibioticaresistentiegenen uit het gezuiverde afvalwater verbeterde naarmate de biovervuilende laag op de membranen dikker werd.

Maar het verwijderen van de antibioticaresistente bacteriën verliep niet volgens hetzelfde patroon.

De nieuwe, onvervuild membraan verwijderde tot 99,999 procent van de bacteriën uit het afvalwater. Toen de biofoulantlaag zich begon op te hopen, deze efficiëntie daalde tot 99 procent, maar steeg toen weer tot 99,999 procent toen het anaërobe membraan ernstig vervuild raakte, een fase waarin de biofoulantlaag niet meer verdikt.

"Dit suggereert dat langdurige werking van anaërobe membraanbioreactoren gunstig kan zijn, ' zegt Chen.

Deze resultaten betekenen dat membranen gemaakt met oppervlaktecoatings die biofoulinglagen nabootsen, kunnen helpen bij het verwijderen van ongewenste verontreinigingen uit afvalwater, zegt Hong, inclusief degenen die antibioticaresistentie verspreiden.

Het team is van plan om hun bioreactor op te schalen om afvalwater te behandelen dat lokaal door de KAUST-gemeenschap wordt gegenereerd. Ze werken ook samen met Ikram Blilou van het Plant Sciences Program om het gebruik van het gezuiverde afvalwater van de reactor voor de irrigatie van landbouwgewassen te testen.

"We hopen dat deze multidisciplinaire studie met expertise uit de toegepaste microbiologie, Engineering, en plantenwetenschappen zullen een uitgebreide kijk geven op hoe behandeld water het beste kan worden gebruikt, " zegt Hong.