Los polihidroxialcanoatos (PHA) son polímeros sintetizados intracelularmente por algunos microorganismos, como reservas de carbono y energía, los cuales tienen propiedades similares a las de los plásticos derivados del petróleo, con la ventaja de que son completamente biodegradables y, en consecuencia, amigables con el medio ambiente. Sin embargo, a pesar de sus ventajas, una limitante son los costos de producción, una alternativa para reducirlos es sustituir cepas puras por cultivos mixtos, así como aprovechar y valorizar el contenido de carbono orgánico de las aguas residuales y residuos agroindustriales empleándolos como fuente de sustrato. De esta manera, este trabajo tuvo como objetivo evaluar la producción de PHA a partir de lixiviados de composteo de la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos (FORSU) empleando un cultivo aerobio mixto, mediante un reactor de lote secuencial (SBR). En primer lugar, se puso en marcha un SBR a escala laboratorio (5 L), el cual fue inoculado con lodos activados de la Planta de tratamiento de aguas Residuales “Cerro de la Estrella”, y alimentado con lixiviados de la FORSU, procedentes de la planta de composteo “Bordo Poniente” como fuente de sustrato por 233 días. Los lixiviados fueron caracterizados y diluidos obteniendo una concentración en el influente de 1g DQO/L y una relación C/N de 23.2. El SBR fue operado bajo la estrategia de la alimentación dinámica aerobia (ADA), ciclos de 12 horas divididos de la siguiente manera: 8 minutos de ADA, 680 minutos de aireación y agitación, 30 minutos de sedimentación y 10 minutos de descarga, temperatura de 22 ± 3 °C, con una velocidad de agitación de 250 rpm y sin control de pH. Los resultados mostraron que, bajo esta configuración operacional, el cultivo mixto pudo ser enriquecido en biomasa acumuladora de PHA en un lapso de 30 días, alcanzando una máxima acumulación de 16.8%; además, el biopolímero obtenido a partir de lixiviados de la FORSU fue identificado como polihidroxibutirato (PHB). Una vez enriquecida la biomasa, un segundo experimento fue llevado a cabo con la finalidad de evaluar el efecto de la variación en la relación C/N sobre la acumulación de PHB, se tomó como control la cinética de un ciclo de operación típico del SBR (C/N= 23.2), la cual fue llevada a cabo a los 30 días de operación, las otras C/N ensayadas fueron: 13.3, 25.2, 38.1 y 41.2, que corresponden a los días de operación 60, 103, 118 y 133, respectivamente. Además de la acumulación de PHB, se siguieron los perfiles de consumo de oxígeno disuelto (OD), carbono orgánico total (COT), ácidos grasos volátiles (AGV), amonio (NH4 + ) y fosfato (PO4 3- ). Los análisis cinéticos revelaron que el aumento en la relación C/N a más de 25.2 afecto la acumulación de PHB, disminuyendo a 10.5 y 5.3% para las relaciones C/N de 38.1 y 41.2, respectivamente. En contraste, la mayor acumulación fue alcanzada con la aplicación de la relación C/N de 23.2 teniendo un valor de 16.8%. Este resultado permitió concluir que el exceso en la fuente de carbono puede causar una inhibición en la síntesis de PHB, promoviendo rutas metabólicas que conducen al crecimiento de biomasa y la formación de CO2 frente a la síntesis del biopolímero. A lo largo del tiempo de operación del SBR se registró una pérdida en la capacidad respiratoria medida como la tasa de consumo de oxígeno (qO2), la cual disminuyó de 3.49 mg/L•min (segundo mes) a 0.89 mg/L•min (octavo mes). Este comportamiento fue atribuido a la exposición continua a largos periodos de ayuno y a la composición de los lixiviados. Finalmente se evaluó el efecto del incremento de la carga orgánica sobre la acumulación de PHB, empleando un inóculo fresco y un SBR con las mismas condiciones empleadas durante el enriquecimiento. Debido a la contingencia COVID-19, sólo fue posible operar el SBR por 38 días, mientras que las cargas aplicadas fueron de 2.01 ± 0.12 g DQOs/L•d (día 0 a 21) y 3.88 ± 0.19 g DQOs/L•d (día 22 a al 38). Este experimento mostró que el incremento en la carga orgánica, afectó negativamente la acumulación de PHB, asimilación del sustrato y capacidad respiratoria, probablemente causado por compuestos no viables para la síntesis de PHB, que se fueron acumulando en el sistema.
Polyhydroxyalkanoates (PHAs) are polymers synthesized intracellularly by some microorganisms as carbon and energy reserves, which have properties similar to those of petroleum-derived plastics, with the advantage that these are completely biodegradable; consequently, friendly with the environment. Nevertheless, despite the advantages, a limitation is the production costs, an alternative to reduce them is to substitute pure strains for mixed cultures and take advantage and value the organic carbon content of wastewater and agro-industrial wastes using them as the substrate source. In this way, this work aimed to evaluate PHA production from composting leachates of the organic fraction of municipal solid waste (OFMSW) using a mixed aerobic culture through a sequential batch reactor (SBR). In the first place, a laboratory-scale SBR (5 L) was started up, which was inoculated with activated sludge from the “Cerro de la Estrella” Wastewater Treatment Plant and fed with leachates from OFMSW, from “Bordo Poniente” composting plant, as a substrate source for 233 days. Leachates were characterized and diluted, obtaining an influent concentration of 1g COD/L and a C/N ratio of 23.2. The SBR was operated under the strategy of aerobic dynamic feeding (ADF), cycles of 12 hours divided as follows: 8 minutes of ADF, 680 minutes of aeration and agitation, 30 minutes of settling, and 10 minutes of withdrawal. The temperature was 22 ± 3 °C, with a stirring speed of 250 rpm and without pH control. The results showed that, under this operational configuration, the mixed culture could be enriched in PHA accumulating biomass in a lapse of 30 days, reaching a maximum accumulation of 16.8%, and the biopolymer obtained from OFMSW leachates was identified as polyhydroxybutyrate (PHB). Once the biomass is enriched, a second experiment was carried out in order to evaluate the effect of the variation in the C/N ratio on the accumulation of PHB, the kinetic of a typical SBR operating cycle (C/N = 23.2) was taken as control, which was carried out after 30 days of operation, the other C/N assayed were: 13.3, 25.2, 38.1 and 41.2 corresponding to working days 60, 103, 118 and 133 respectively. In addition to the accumulation of PHB, the profiles of dissolved oxygen (DO), total organic carbon (TOC), volatile fatty acids (VFA), ammonium (NH4 + ), and phosphate (PO4 3- ) consumption were also followed. Kinetic analysis revealed that the increase in the C/N ratio above 25.2 affected PHB accumulation, decreasing to 10.5 and 5.3% for the C/N ratios of 38.1 and 41.2, respectively. In contrast, the highest accumulation was achieved by applying the C/N ratio of 23.2, having a value of 16.8%. This result allowed to conclude that the excess in the carbon source can cause an inhibition in the synthesis of PHB, promoting metabolic pathways that lead to the growth of biomass and the formation of CO2 front to the synthesis of the biopolymer. Throughout the time of operation of the SBR, a loss in respiratory capacity was recorded, measured as the rate of oxygen consumption (qO2), which diminished from 3.49 mg/L•min (the second month) to 0.89 mg/L•min (the eighth month). This behavior was attributed to continuous exposure to long periods of famine and the composition of the leachates. Finally, the increase in the organic load on the PHB accumulation was evaluated, using a fresh inoculum and an SBR with the same conditions used during enrichment. Due to the COVID-19 contingency, only was possible to operate the SBR for 38 days, while the applied loads were 2.01 ± 0.12 g CODs/L•d (day 0 to 21) and 3.88 ± 0.19 g CODs/L•d (day 22 a to 38). This experiment showed that the increase in organic load negatively affected PHB accumulation, substrate assimilation, and respiratory capacity, probably caused by non-viable compounds for the synthesis of PHB, which accumulated in the system
Le relazioni
| In Impostazione amministrativa: |
|
|---|
descrizioni
| nome attributo | Valori |
|---|
| Creador |
|
|---|
| Contributori |
|
|---|
| Tema |
|
|---|
| Editor |
|
|---|
| Idioma |
|
|---|
| Parola chiave |
|
|---|
| Año de publicación |
|
|---|
| Tipo de Recurso |
|
|---|
| Derechos |
|
|---|
| División académica |
|
|---|
| Línea académica |
|
|---|
| Licencia |
|
|---|
