Efecto del potencial redox en la oxidación anaerobia de compuestos fenólicos por un lodo desnitrificante - Cadena Ramírez, Arturo (Universidad Autónoma Metropolitana, 2009)
En el presente trabajo se explora el efecto de la adición de tres quinonas: menadiona, alizarina y antraquinona-2,6-disulfonato, a diferentes concentraciones (0 a 2 mM), en el proceso desnitrificante con p-cresol. Los resultados muestran que cuando se adicionó menadiona, se afectó la eficiencia de consumo de substratos principalmente. En todos los casos los rendimientos para nitrógeno molecular y carbono inorgánico se mantuvieron alrededor de 0.9. En presencia de alizarina y menadiona, en comparación con los controles sin quinonas, las velocidades específicas de consumo para nitrato y p-cresol decrecieron en un 40 y 90 % respectivamente. El inoculo previamente expuesto a las quinonas fue utilizado en ensayos de recuperabilidad de la actividad desnitrificante usando p-cresol y acetato como fuentes de carbono. Para los inóculos que estuvieron expuestos a la antraquinona-2,6-disulfonato y a la alizarina, la actividad desnitrificante fue totalmente recuperada con ambas fuentes de carbono. Sin embargo, el lodo expuesto a diferentes concentraciones de menadiona casi no recuperó su actividad. En un intento en tratar de entender los mecanismos involucrados por medio de los cuales las quinonas participan en el proceso desnitrificante, se encontró que la menadiona y la alizarina presentan efectos inhibitorios muy marcados en el proceso desnitrificante, mientras que la antraquinona-2,6- disulfonato no presentó efecto alguno. Los resultados sugieren que la menadiona modifica el sistema de transporte de substratos y la alizarina afecta algunas enzimas desnitrificantes mediante la formación de complejos con el molibdeno. Un modelo basado en los potenciales de óxido-reducción de la ruta desnitrificante y la primera parte de la oxidación de p-cresol, sugiere que los efectos observados por la adición de quinonas parecen estar más asociados a propiedades estructurales de las moléculas de quinona e hidrofobicidad, que a su capacidad de óxido-reducción. Para entender mejor el papel que juega el potencial de óxido-reducción de las quinonas en la desnitrificación organotrófíca, se estudió el efecto de tres potenciales eléctricos (PE), correspondientes a los potenciales de óxido reducción de cada una de las quinonas ensayadas (-187 mV, -279 mV y +104 mV). Se observó que el inoculo desnitrificante tuvo la capacidad de oxidar el p-cresol con la aplicación de los tres EP, en ausencia de cualquier aceptor final de electrones, incluyendo el nitrato. Sin embargo, a cualquiera de los EP ensayados, el lodo fue incapaz de desnitrificar en ausencia de algún donador de electrones. En el proceso desnitrificante con p-cresol, la aplicación de los EP, provocó el desacoplamiento de los procesos oxidativo y reductivo, favoreciendo la oxidación de materia orgánica por encima de la reducción de nitrato. Adicionalmente se observaron efectos a nivel de ruta bioquímica. A potenciales de - 279mV y +104mV, el consumo de nitrato y nitrito se afectó, así como, la transformación de p-hidroxibenzoato. Aunque, a -187 mV, parece solo haber efectos a nivel de transporte de substratos. Se presenta evidencia de que la aplicación de los diferentes EP, tiene efectos característicos sobre el proceso desnitrificante, que no son comparables entre sí. Lo anterior confirma que el potencial de óxido-reducción de las quinonas no es quien gobierna los efectos observados por la adición de menadiona, alizarina y antraquinona-2,6- disulfonato en el proceso desnitrificante con p - cresol.; Denitrification using p-cresol as electron source was studied in the presence of three quinones, menadione, alizarine and anthraqui none-2,6-disulfonate, at different molar concentrations (O to 2 mM). Results showed that substrates consumption efficiency was mainly affected when menadione was present. In all cases the yield for N 2 and inorganic carbon values remained around 0.9. In pr esence of alizarine and menadione specific consumption rates for p-cresol and nitrate decreased 40% and 90% (for both substrates), compared to controls not exposed to quinones. The sludge previously exposed to quinones was submitted to recovering denitrifying studies using acetate and p-cresol. After exposing to anthraquinone-2,6-disulfonate and alizarine with p-cresol and acetate, the metabolic activity of denitrifying sludge was completely recovered, but previous exposition at any menadione concentration resulted in a very low metabolic recuperation. An attempt in elucidating the underlying mechanisms in which the quinones function in the denitrification, shown that menadione and alizarine can have a marked inhibitory effect on denitrifying process and AQDS no effect at all. The results suggested that menadione modify the transport system and alizarine affected some denitrifying enzymes by complexing the molybdenum. A model based on oxido-reduction potentials of the enzymes implied in denitrifying pathway and p-cresol oxidation suggested that the effect of quinones on the denitrification process appears to be more associated to quinone moiety structural properties and hydrophobicity than to their oxidative-reductive capacity. In order to better understand the effect of oxido-reduction potential of quinone s in organotrophic denitr ification, the effect of the application of three electric potentials (EP) (-187 mV, -279 mV and +104 mV) on a denitrifying process was explored. It was observ ed that the denitrifying sludge was able to support the oxidation of p-cresol with the application of the EP in the absence of nitrate, but it was unable to drive the denitrification without an electron donor. On denitrification, the applied EP uncoupled the oxidative from the reductive process, favoring the p-cresol oxidation over the production of N 2 -Additionally effects at biochemical level were observed. At potentials of -279 and +104 mV, the nitrate and nitrite consumption was affected as well as the transformation of p- hydroxybenzoate. However, at -187 mV, effects seemed to occur only on transport of substrates. Evidence that denitrification had very characteristic and different physiological behaviors for each EP assayed are presented, confirming that the oxido-reduction potential of the quinones is not who governs the effects observed on the organogtrophic denitrifying process with p-cresol.