Sánchez Zurano, Ana

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Ingeniería Química

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Sustainable recovery from pig slurry using ionic liquid microbial fuel cells and microalgae consortia
(Springer, 2026-01-10) Iniesta López, Eduardo; Micol Blaya, Alfredo José; Hernández Fernández, Adrián; Sánchez Zurano, Ana; Garrido, Yolanda; Pérez de Los Ríos, Antonia; Hernández Fernández, Francisco José; Ingeniería Química; Facultades de la UMU::Facultad de Química
Pig slurry management has emerged as a pressing environmental challenge in the context of rapid population growth and intensified livestock production, highlighting the need for sustainable recovery technologies. While microalgae–bacteria (MB) systems offer promising opportunities for nutrient recycling, the high turbidity of raw pig slurry (PS) typically limits their direct application. This study proposes an innovative two-step treatment that combines microbial fuel cells (MFCs) with MB consortia to enhance both pollutant removal and resource recovery from raw PS with COD levels exceeding 18,000 mg·L⁻1. Unlike conventional designs relying on perfluorinated membranes, the MFCs employed an ionic liquid [N8-10,8–10,8–10,1+][Cl−] as a proton exchange medium, achieving 50% of COD removal and generating 57.27 ± 10.99 mW·m⁻2. The effluent was subsequently treated with MB consortia, yielding biomass productivities of 0.1 to 0.2 g·L⁻1·day⁻1, comparable to chemical fertilizer-based controls. Cell density with pre-treated and untreated pig slurry also matched control levels. In pollutant recovery, the combined microbial fuel cell and microalgae-bacteria treatment achieved up to 67% recovery of COD, over 99% of N-NH4+, and between 65 and 85% of P-PO43−. These findings highlight the potential of integrating MFCs with MB consortia as a strategy for raw pig slurry management, t-ransforming waste into renewable energy and bioresources
Open Access
Modelling of photosynthesis, respiration and nutrients yield coefficients in Scenedemus almeriensis culture as a function of nitrogen and phosphorus.
(2021-09-14) Gómez serrano, Cintia; Acién Fernández, Francisco Gabriel; Fernández Sevilla, José María; Molina Grima, Emilio; Sánchez Zurano, Ana; Ingeniería Química
Se aplicaron técnicas foto-respirométricas para evaluar la actividad fotosintética en organismos fototróficos. Estos métodos permiten analizar la respuesta fotosintética bajo diferentes condiciones. En este trabajo, se estudió la influencia de la disponibilidad de nutrientes (nitrato, amonio y fosfato) en la fotosíntesis y la respiración de Scenedesmus almeriensis mediante mediciones foto-respirométricas cortas. Tanto la fotosíntesis como la respiración aumentaron hasta un valor de saturación y posteriormente disminuyeron, mostrando inhibición a concentraciones altas. En cuanto a la influencia de la concentración de fósforo en las células de microalgas, se observó una tendencia hiperbólica similar, aunque no se detectó inhibición a concentraciones elevadas. A partir de estos datos experimentales, las tasas de respiración y fotosíntesis de S. almeriensis se modelaron utilizando la ecuación de Haldane para los datos de nitrato y amonio, y la ecuación de Monod para los datos de fosfato. Además, se realizaron experimentos para determinar los coeficientes de rendimiento de nitrógeno y fósforo en los cultivos de S. almeriensis. Los resultados mostraron que estos coeficientes no son constantes y se modifican según la concentración de nutrientes, evidenciando el fenómeno de absorción de lujo. Finalmente, los modelos propuestos se incorporaron en una herramienta de simulación para evaluar la actividad fotosintética y los coeficientes de rendimiento de nutrientes de S. almeriensis cuando se utilizan diferentes medios de cultivo y aguas residuales como fuente de nitrógeno y fósforo para su crecimiento.
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Transforming waste management: converting pig slurry into clean energy and biomass through integrated MFC-microalgae systems
(Elsevier, 2025-01) Iniesta López, Eduardo; Hernández Fernández, Adrián; Mellado Gómez, Jorge; Sánchez Zurano, Ana; Garrido, Yolanda; Pérez de Los Ríos, Antonia; Hernández Fernández, Francisco José; Ingeniería Química; Facultades de la UMU::Facultad de Química
Microbial Fuel Cells are emerging as one of the most promising technologies for simultaneous energy generation and wastewater treatment. At the same time, producing microalgae using wastewater as a growth medium has attracted scientific interest due to its potential to produce valuable products. This study presents a novel integrated system combining Microbial Fuel Cells with a Microalgae-Bacteria consortia to treat pig slurry, while simultaneously generating electrical energy and producing valuable biomass. First, Microbial Fuel Cells incorporating an ionic liquid-based membrane ([N8–10,8-10,8-10,1+][Cl−]) were evaluated as a cost-effective and durable alternative to conventional membranes based on per- and polyfluoroalkyl substances. This approach resulted in significant reductions in COD and BOD, while generating a voltage of 550 mV and a power density of 153 mW·m−2. In the second phase, the treated pig slurry was used as a growth medium for microalgae-bacteria. Different concentrations of pre-treated pig slurry (10 %, 20 %, and 30 %) were tested for their effectiveness in nutrient recovery and biomass production. Notably, 100 % of N-NH4+ and over 60 % of P-PO43− were recovered, with biomass productivity and cell density comparable to the control using chemical fertilizers. This combined system shows strong potential for sustainable pig slurry management, renewable energy generation, and biomass production.
Open Access
Optimizing Chlorella vulgaris production and exploring its impact on germination through microalga-N2-fixing bacteria consortia
(Elsevier, 2025-10-01) Sánchez Zurano, Ana; Vilaró Cos, Silvia; Figueiredo, Daniel; Melkonyan, Lusine; Ferreira, Alice; Acién, Francisco Gabriel; Lafarga, Tomás; Gouveia, Luisa; Ingeniería Química; Facultades de la UMU::Facultad de Química
Microalgal biomass is increasingly valued in industrial and agricultural sectors due to its bioactive compounds. However, large-scale production remains costly, mainly due to nitrogen fertilizer expenses. A promising sustainable alternative is co-cultivation with N2-fixing bacteria, capable of supplying biologically available nitrogen. In this study, Chlorella vulgaris was grown in synthetic medium with and without nitrogen, as well as in co-culture with three different N2-fixing bacteria in nitrogen-free medium. Microalgal growth was assessed by dry weight, Fv/Fm ratio, and flow cytometry, which also allowed evaluation of population dynamics and cell viability. Biomass composition (proteins, carbohydrates, lipids, chlorophyll, and carotenoids) was analyzed under all conditions. Co-cultures in nitrogen-free medium showed comparable biomass productivity to nitrogen-supplemented controls, although Fv/Fm values indicated physiological stress in some cases. Moreover, the agricultural potential of the resulting biomass and supernatants was evaluated through germination bioassays using lettuce seeds. All cultures tested at 0.2 g·L−1 significantly improved the germination index. Also, applying the culture supernatant (biomass removed) also yielded positive effects, with GI increases exceeding 40 %. These results suggest that co-cultivation with N2-fixing bacteria can support efficient microalgal production while generating biomass and supernatants with biostimulant potential, contributing to sustainable agriculture and circular bioeconomy strategies.
Open Access
An Interactive Tool for Simulation of Biological Models Into the Wastewater Treatment With Microalgae
(Frontiers Media, 2021-07-28) Guzmán Sánchez, José Luis; Fernández Sevilla, José María; Acién Fernández, Francisco Gabriel; Sánchez Zurano, Ana; Ingeniería Química
Este trabajo presenta una novedosa herramienta de simulación para comprender y analizar modelos biológicos para procesos de tratamiento de aguas residuales utilizando microalgas. Los modelos para este tipo de procesos son muy complejos de analizar debido a los muy diferentes fenómenos, variables y parámetros involucrados. El modelo ya incluido en la herramienta ha sido validado en condiciones controladas que simulan las condiciones exteriores, resultando útil para simular cultivos reales al aire libre. La principal contribución de la herramienta propuesta es que estos modelos pueden simularse y compararse de manera fácil e interactiva. La herramienta permite simular modelos biológicos considerando solo microalgas o incluyendo el consorcio microalgas-bacterias. Además, las simulaciones se pueden realizar utilizando únicamente la contribución de la radiación solar o agregando los efectos ambientales y bacterianos como términos cardinales. Asimismo, se pueden evaluar los efectos de las propiedades de las aguas residuales o de diferentes cepas de microalgas. Las simulaciones interactivas se pueden realizar para días seleccionados como representativos de las diferentes estaciones del año que ya están precargadas en la herramienta. Sin embargo, el usuario también puede cargar datos de otras ubicaciones para simular los modelos en condiciones particulares.