Biodegradación del azul ácido 74 mediante un tratamiento secuencial enzimas oxidativas-digestión anaerobia Público Deposited

La contaminación del agua es uno de los mayores problemas del mundo contemporáneo. En los últimos años el deterioro de los recursos hídricos se ha intensificado debido a la liberación de compuestos xenobióticos provenientes principalmente de las actividades industriales; en donde la industria textil y sus efluentes residuales juegan un papel fundamental. En búsqueda de alternativas para el tratamiento de los efluentes textiles se ha dirigido la atención al aprovechamiento de las capacidades degradativas de las oxidasas fúngicas y su aplicación en la degradación de colorantes textiles. Sin embargo, aunque se conocen ampliamente los factores que afectan los procesos de decoloración enzimática, es claro que estas enzimas no catalizan la mineralización de estos compuestos, sino solo su bio-transformación en moléculas incoloras o menos coloreadas que pueden permanecer en solución. Además, poco se sabe sobre la identidad de los intermediarios producidos por la acción enzimática, la toxicidad de éstos y la estrategia idónea para lograr su eliminación. Por lo tanto, en este trabajo se propuso la utilización de un sistema secuencial enzimas oxidativas – digestión anaerobia para estudiar la degradación de un efluente simulado de la industria textil contaminado con el colorante azul ácido 74. La producción de enzimas oxidativas (lacasas y peroxidasas) se realizó mediante el cultivo en medio sólido del hongo ligninolítico Fomes sp. EUM1 utilizando cuatro medios de cultivo distintos (M1: Rastrojo de maíz; M2: Rastrojo de maíz con salvado de trigo (80:20 p/p); M3: Rastrojo de maíz con glucosa y extracto de levadura y M4: Rastrojo de maíz, salvado de trigo, glucosa y extracto de levadura. La máxima producción de lacasas se observó a los 6 días en el M2 (3.9 UI gss⁻¹ ) y la de peroxidasas tipo DyP también a los 6 días, pero en el M4 (107 mU gss⁻¹ ). Los resultados sugirieron que la producción de estas dos enzimas se encuentra regulada por mecanismos distintos. Los extractos enzimáticos (ECE) obtenidos del M2 (mejor medio para la producción de lacasas) y del M4 (mejor medio para la producción de peroxidasas tipo DyP), se aplicaron en la decoloración del efluente simulado. El ECE obtenido del M2 consiguió una decoloración del 98% en 5 h, la tasa inicial de decoloración fue de 27.1 mg l⁻¹ h⁻¹ .

Bajo las condiciones probadas no se comprobó la participación de las peroxidasas tipo DyP en la decoloración del azul ácido 74, lo cual se demostró aplicando el extracto obtenido del M4 en la decoloración del efluente. También se probó la decoloración del colorante utilizando un producto comercial con actividad lacasa (Biolite®), en este caso la decoloración fue de 98% en 1.3 h. El análisis por RMN 1H del efluente decolorado con el extracto obtenido del M2 o con la lacasa comercial reveló la presencia de ácido isatín-5-sulfónico (AIS) como principal producto de la degradación enzimática del colorante. Los efluentes decolorados con el ECE de Fomes sp. EUM1 (M2) y con el producto comercial Biolite® fueron sometidos a un tratamiento anaerobio para complementar el proceso de degradación. El efluente decolorado con Biolite® fue tratado en un reactor en continuo de tipo UASB (carga orgánica volumétrica: 1 kg DQO m⁻³ d⁻¹ ). El sistema presentó una eficiencia de remoción de la DQO del 77 % con una tasa de degradación de 0.77 kg m-3 d⁻¹ . Bajo estas condiciones la producción de metano fue de 233.4 l CH₄ m⁻³ d⁻¹ con un rendimiento de 303.3 l CH₄ kg-1 DQO removido. Al final de la operación del reactor, se realizó un análisis por DGGE de las poblaciones de bacterias y arqueas en el lodo inoculado durante la puesta en marcha del UASB y del lodo aclimatado obtenido a los 412 días de operación. Los perfiles de bandas en los geles de DGGE reflejaron las poblaciones dominantes en cada muestra. Al comparar los perfiles entre el lodo inoculado y el lodo aclimatado, se hizo evidente la desaparición de varias bandas y la aparición de bandas nuevas tanto en el análisis de arqueas como en el de bacterias. Este fenómeno sugiere que el efluente decolorado ejerció una presión de selección sobre las poblaciones del lodo inoculado, alterando su dinámica poblacional. De esta manera, la modificación de las poblaciones pudo favorecer la aclimatación de los microorganismos y por tanto aumentar su eficiencia para degradar el efluente. Para comprobar si el tratamiento anaerobio también era eficiente para degradar el efluente decolorado con el ECE de Fomes sp. EUM1, el efluente decolorado con dicho extracto fue sometido a un tratamiento anaerobio en lote utilizando como inóculo el lodo obtenido al final de la operación del reactor UASB.

El sistema presentó una eficiencia para remover la DQO inicial del 86 ± 1.5 % a los 8 días utilizando concentraciones crecientes de DQO inicial (300, 650 y 1000 mg l⁻¹ ). El porcentaje de metano registrado fue de 78.2, 75 y 72.5 % al trabajar con una DQO inicial de 300, 650 y 1000 mg l⁻¹ , respectivamente. Estos datos indicaron que no se presentó inhibición metabólica de la biomasa al tratar el efluente decolorado con el ECE de Fomes sp. EUM1. Con el objetivo de determinar si el ácido isatín-5-sulfónico, (identificado como producto de la oxidación del azul ácido 74), podía ser degradado por el lodo obtenido del reactor UASB, se realizaron pruebas específicas de degradación en lote utilizando este compuesto como única fuente de carbono y energía. Al trabajar con una concentración de ácido isatín-5-sulfónico de 20 mg l⁻¹ , la eficiencia de remoción del compuesto fue superior al 85 % a los 10 días. La eficiencia de eliminación de la DQO fue de 71.5 ± 10.6% con producción de metano como evidencia de mineralización; el porcentaje de metano en el biogás fue de 68 ± 11 %. Por otra parte, a concentraciones de 50 y 100 mg l⁻¹ , las eficiencias de remoción fueron de 57.7 ± 1.9 y 35.5 ± 11.3 %, respectivamente, con una proporción de CO₂ en el biogás superior al 90 %. Lo que sugiere que el aumento en la concentración inicial del ácido isatín-5-sulfónico ocasionó una inhibición en el metabolismo de la biomasa. Finalmente, se evaluó el potencial eco-toxicológico del efluente simulado a su paso por el tratamiento secuencial. Los ensayos se realizaron por tres métodos utilizando los siguientes organismos de prueba: Saccharomyces cerevisiae, Sorghum vulgare y Daphnia magna. Los tres ensayos revelaron que la decoloración enzimática con la lacasa comercial Biolite® no disminuye la toxicidad del efluente sino que la aumenta. Para comprobar si este fenómeno se debía a la formación del AIS o a la toxicidad inherente al producto comercial, se estudió específicamente la toxicidad del compuesto y del producto Biolite® por separado. Los ensayos se realizaron utilizando a Daphnia magna como organismo de prueba. El AIS en un intervalo de concentraciones entre 0 y 1 g l⁻¹ no exhibió efectos tóxicos, mientras que el producto comercial mostró los mismos efectos tóxicos que el efluente decolorado. Debido a que se ha reportado la presencia de mediadores redox (frecuentemente tóxicos) en preparaciones comerciales de este tipo, es probable que la toxicidad del efluente decolorado se encuentre asociada con ello. No obstante, cabe resaltar que el tratamiento anaerobio del efluente simulado permitió disminuir su toxicidad en un 50 %.

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Última modificación: 09/22/2022
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