Estudio fisiológico de la nitrificación en presencia de p-cresol - Silva Luna, Carlos David (Universidad Autónoma Metropolitana, 2007)
La contaminación del agua por nitrógeno se da principalmente por la presencia de amonio, el cual se puede encontrar en efluentes municipales e industriales. Una de las alternativas para eliminar el nitrógeno del agua es el sistema nitrificación- desnitrificación. La nitrificación es un proceso respiratorio quimiolitoautotrófico donde el amoniaco es biológicamente oxidado a nitrito y posteriormente a nitrato. Está documentado que algunos compuestos aromáticos como los compuestos fenólicos pueden inhibir la nitrificación. Al respecto, existe poca información del efecto del p- cresol sobre el proceso nitrificante. Por lo anterior, el objetivo de este estudio fue evaluar en cultivos en lote el efecto inhibitorio del p-cresol sobre un proceso respiratorio nitrificante utilizando un lodo producido en estado estacionario, así como determinar la capacidad de este consorcio para oxidar al p-cresol. El lodo utilizado para inocular los cultivos en lote fue obtenido de un reactor continuo de tanque agitado en régimen estacionario. En este reactor se obtuvo una eficiencia de consumo de amonio (E-NH4+) de 99.6% ± 0.9 y un rendimiento de producción de nitrato (Y-NO3 -) de 0.92 ± 0.1. En los cultivos en lote sin p-cresol, el proceso nitrificante se lleva a cabo exitosamente y después de 15h, la E-NH4+ fue del 93% ± 1.2 y el Y-NO3 - de 0.92 ± 0.04, indicando que las condiciones experimentales utilizadas fueron las adecuadas. Las velocidades específicas de consumo de N-NH4+ y producción de N-NO3 - fueron 0.066 ± 0.01 y 0.049 ± 0.01 mg N/mg proteína h, respectivamente. Al añadir p-cresol a los cultivos nitrificantes a una concentración inicial de 25 mg/L disminuyeron las velocidades específicas en un 30% para el consumo de amonio y 20% para la producción de nitrato. Los resultados ponen en evidencia el efecto inhibitorio del p- cresol sobre la nitrificación e indican que el p-cresol inhibió principalmente la actividad de las bacterias amonio oxidantes. Después de 15h, la E-NH4+ fue de 80.7% ± 8.5 mientras que el Y-NO3 - fue de 0.91 ± 0.01. Sin embargo, después de 24h, la E-NH4+ aumentó a 88% y el Y-NO3 - se mantuvo a un valor de 0.90. Esto indica que la vía nitrificante fue afectada solo en la velocidad enzimática, pero la eficiencia y el rendimiento nitrificante no fueron alterados. Por primera vez el p-hidroxibenzaldehido y p-hidroxibenzoato fueron identificados y cuantificados como intermediarios transitorios de la oxidación del p-cresol por un consorcio nitrificante. El p-cresol desaparecí Resumen Estudio fisiológico de la nitrificación en presencia de p-cresol Carlos David Silva Luna VI completamente del medio transcurridas 4h, mientras que sus intermediarios fueron consumidos después de 12h. A este tiempo la concentración de carbono orgánico total fue muy baja, demostrando la ausencia de materia orgánica en el cultivo. Se determinó un rendimiento de producción de biomasa de 0.3. Los rendimientos de producción de biomasa junto con la mínima concentración de carbono orgánico total al final del proceso nitrificante indicaron que el p-cresol y sus intermediarios fueron principalmente oxidados de manera desasimilativa, sugiriendo una mineralización de los compuestos carbonados. En la literatura se reportan evidencias de la capacidad de la enzima amonio monooxigenasa (AMO) para oxidar una amplia variedad de sustratos, como hidrocarburos aromáticos, causando la acumulación de productos más oxidados que los sustratos originales en el medio. Con la finalidad de evaluar la participación de la enzima amonio monooxigenasa en la ruta de oxidación del p-cresol se realizaron cultivos nitrificantes en lote en presencia de nitrito como inhibidor selectivo de la enzima AMO. La eficiencia en el consumo de amonio se mantuvo cercana al 100% en todos los cultivos expuestos a nitrito inicial (25, 100 y 200 mg N-NO2 -/L), lo cual indicó que el nitrito no inhibió totalmente la enzima amonio monooxigenasa. Por el contrario, el nitrito tuvo un efecto en el rendimiento de producción de nitrato que disminuyó gradualmente conforme aumento la concentración de nitrito en los cultivos.; The water pollution by nitrogen occurs mainly by the ammonium presence which can be found in municipal and industrial effluents. One alternative to eliminate the nitrogen from the water is the nitrification-denitrification system. The nitrification is a quimiolitoautotrophic respiratory process where the ammonia is biologically oxidized to nitrite then nitrite is further oxidized to nitrate. There is evidence that some aromatic compounds as the phenolic compounds can inhibit the nitrification. However, there is little information about the inhibitory effect of p-cresol on the nitrifying process. By the previous thing, the aim of this study was to evaluate in batch cultures the role of p- cresol on a nitrifying sludge physiologically stable produced in steady-state and the ability to the consortium to oxidize p-cresol. The nitrifying sludge used for inoculating batch cultures was obtained from a continuous stirred nitrifying reactor, efficiency of ammonium consumption (E-NH4+ ) was 99.6% ± 0.9 and the nitrifying yield (Y-NO3 -) was 0.92 ± 0.1. In control batch cultures without p-cresol the nitrification process proceeded successfully and after 15 h, E-NH4+ was 93% ± 0.2 and the Y-NO3 - was 0.92 ± 0.4 showing that the experimental conditions used were suitable. Specific rates of NH4+ -N consumption and NO3 --N production were 0.07 ± 0.01 and 0.05 ± 0.01 mg N/mg microbial protein h respectively. p-Cresol at 25 mg/L inhibited the nitrification process by decreasing the specific rates of 29% for ammonium consumption and 20% for nitrate production. Results indicated that the p-cresol inhibited mainly the activity of the ammonia oxidizing bacteria. After 15 h, E-NH4+ was 80.7  8.5% while Y-NO3 - kept high as 0.90. Thus the nitrifying pathway was affected only on the enzymatic rate, but the consumption efficiency and the nitrifying yield were not altered. For the first time the p-hidroxibenzaldehide and p-hidroxibenzoate were identified and measured by HPLC as transitory intermediates from p-cresol oxidation by nitrifying sludge. p-Cresol disappeared completely from the medium after 4 h and its intermediaries after 12 h. After this time, the total organic carbon concentration was negligible, showing the absence of organic matter in the culture. The biomass production yield was found to be of 0.3 mg protein-C/mg C consumed. The low yield of biomass production along with the minimum total organic carbon concentration at the end of the nitrifying process indicated that p-cresol and their intermediaries were mainly oxidized through a dissimilative way, suggesting a mineralization of organic compounds. Literature reported results about the capacity of the enzyme ammonia monooxygenase (AMO) to oxidize organic substrates as aromatic hydrocarbons, providing the accumulation of oxidation products in the medium. With the purpose of finding out the participation of the ammonia monooxygenase enzyme in the oxidation of p-cresol, nitrifying batch cultures were conducted in the presence of nitrite like selective inhibitor of the AMO enzyme. The E-NH4+ kept near 100% in all the cultures exposed to nitrite, which indicated that the nitrite did not totally inhibit the AMO enzyme. On the contrary, the nitrite had an effect in the yield of nitrate production that diminished gradually in agreement increased the concentration of nitrite in the culture.