Efecto de benceno, tolueno y m-xileno sobre un cultivo nitrificante - Zepeda Pedreguera, Alejandro (Universidad Autónoma Metropolitana, 2005)
La eliminación biológica de los compuestos nitrogenados de las aguas residuales se lleva a cabo a través de la nitrificación y desnitrificación. La nitrificación es un proceso respiratorio aerobio litoautotrófico, en donde se presenta la oxidación sucesiva del amonio a nitrito y luego a nitrato. Se ha observado que algunos compuestos orgánicos, entre ellos los aromáticos, pueden inhibir la nitrificación. Al respecto, poco se sabe del efecto del benceno, del tolueno y del m-xileno (BTX) sobre el proceso nitrificante. Por tal motivo, fue evaluado en cultivos en lote, el efecto del benceno, del tolueno y del m-xileno en forma individual y en mezcla sobre la actividad de un lodo nitrificante. En los resultados obtenidos en este trabajo se observó que a 5 mg C/l de cada compuesto aromático (individual y en mezcla), la eficiencia de consumo de amonio fue cercana al 100% con un rendimiento de nitrato cercano a 1. Sin embargo, 10 mg C/l de benceno, m-xileno y tolueno provocaron una disminución en la eficiencia de consumo de amonio de 57%, 26%, y 0%, respectivamente. Los estudios cinéticos mostraron que los BTX (5-20 mg C/l) provocaron una inhibición, disminuyendo las velocidades específicas de consumo de N-NH4 + (76-99%) y las de producción de N-NO3 - (45-98%). A 10 mg C/l de BTX, el orden de inhibición en la producción del nitrato fue: benceno > m-xileno > tolueno, mientras que a 20 mg C/l, el orden cambió a m-xileno > tolueno > benceno. Los resultados con mezclas mostraron que el efecto inhibitorio de los BTX sobre el proceso nitrificante tiende a ser superior, que de manera individual, con una mayor disminución en las velocidades específicas. En las pruebas de toxicidad se observó que a 5 mg C/l de BTX, no hubo efecto tóxico sobre el lodo, mientras que de 10 a 50 mg C/l, los microorganismos no recuperaron totalmente su actividad nitrificante. En lo que respecta a la biotransformación de BTX en forma individual, se observó que a una concentración de 5 mg C/l, el benceno se oxidó primero a fenol y luego a acetato. El tolueno fue primeramente oxidado en alcohol bencílico y luego a butirato, mientras que el m-xileno fue oxidado en acetato y butirato. En los estudios de BTX en mezclas, después de 24 h, el 50% de los compuestos fueron convertidos en acetato. El orden de biotransformación fue: m-xileno > tolueno > benceno. La velocidad de transformación de m-xileno fue 0.051 ± 0.005 g C/g N-proteína.h en solución individual y en mezcla. Cuando el m-xileno fue agregado, el benceno se oxidó a mayor velocidad (0.051 ± 0.005 g C/g N-proteína.h) y el tolueno a menor velocidad (0.012 ± 0.002 g C/g N-proteína.h).; Biological elimination of nitrogenous compounds from wastewaters is generally carried out through the nitrification and denitrification processes. Nitrification is a lithoautotrophic aerobic process where the successive oxidation of ammonium to nitrite and nitrate is carried out. The organic matter, like the aromatic compounds, is inhibitory for nitrification. Little is known about the effect of benzene, toluene and m-xylene (BTX) on the nitrifying process. The BTX compounds have been classified as priority pollutants by the Environmental Protection Agency. The effect of benzene, toluene, and m-xylene in individual and mixed solutions on the activity of a nitrifying sludge was evaluated in batch cultures. Results showed that at 5 mg C/l of each aromatic compound in individual and mixed solutions the ammonium consumption efficiency was close to 100% with a nitrifying yield for nitrate close to 1. However, benzene, m-xylene and toluene at 10 mg C/l decreased ammonium consumption efficiency by 57%, 26%, and 0%, respectively. Kinetic studies showed that BTX (5-20 mg C/l) inhibited the nitrifying process by decreasing the specific rates of NH4 + -N consumption (76-99%) and NO3 - -N production (45-98%). At 10 mg C/l of BTX, the inhibition order on nitrate production was: benzene > m-xylene > toluene, while at 20 mg C/l, the order changed to m-xylene > toluene > benzene. Results suggested that the inhibitory effect of BTX compounds on the nitrifying process was higher when they were present in mixtures than in individual solutions, with a higher decrease in the specific rates of NH4 + -N consumption and NO3 - -N production. Toxicity tests showed that at 5 mg C/l of BTX, there was no toxic effect on the sludge whereas from 10 to 50 mg C/l, microorganisms did not totally recover their nitrifying activity. At 5 mg C/l, benzene was first oxidized to phenol, which was later completely oxidized to acetate. Toluene was first oxidized to benzyl alcohol, which was later oxidized to butyrate while m-xylene was oxidized to both acetate and butyrate. In BTX mixtures, after 24 h, 50% of the compounds was transformed to acetate. The order of biotransformation was: m-xylene > toluene > benzene. Transformation rate of m-xylene was 0.051 ± 0.005 g C/g protein-N.h in individual and mixed solutions. When m-xylene was present, benzene was oxidized at a faster rate than in individual solution (0.051 ± 0.005 g C/g protein-N.h) while toluene was oxidized at a slower rate (0.012 ± 0.002 g C/g protein-N.h).