Efecto de las quinonas en la oxidación anaerobia de materia orgánica recalcitrante por un lodo desnitrificante Público Deposited
Nowadays an environmental problem is the contamination of the water that is given by the limitless population growth, an intensive agricultural practice and a high industrial activity. A feasible proposal for the treatment of the wastewater that contain nitrogen in nitrate form and organic matter of different kinds is the biological denitrification. The denitrification is an anoxic process that couples the oxidation of organic matter to CO2 with the nitrate reduction to dinitrogen; this characteristic makes it friendly with the environment. However, a restrictive step is the rate with which is carried out. This problem is more accentuated when recalcitrant organic compounds participate. There are several factors that affect the denitrification rate. One of them is the electron transport among the processes of oxidation and reduction that it can be slow, originating whit it, a decrease in the denitrifying process rate. It was found that humic substances, the most abundant organic fraction in the biosphere, contain quinone moieties that confer them redox properties. For this reason, they have been used in microbial cultures as redox mediators, terminal electron acceptor or electron donors for the elimination processes of ecologically important substrates. Presently work was studied the effect of the addition of a quinone model (AQDS) to the denitrifying process. Assays were carried out in batch mode culture with a denitrifying sludge from a continuous shake tank reactor under heterotrophic conditions. The first assays were run with the quinone like terminal electron acceptor and two kinds of organic matter (acetate and p-cresol like recalcitrant compound). Both organic compounds were completely mineralized to HCO3 - (YHCO3 = 1) coupled to the reduction of AQDS to AH2QDS, this finding agrees with the stoichiometry of the reaction. As much the acetate as the p-cresol had consumption efficiencies near to 100%, but the rates of oxidation were smaller than with nitrate like potential oxidizer. The denitrifying sludge was able to use to the AQDS like terminal electron acceptor for the oxidation of organic matter. The AQDS was added to the denitrifying process in nitrate presence with organic matter. The quinone increased 43% the oxidation rate of acetate (500 mg/L) and 17% the nitrate reduction. With p-cresol decreased the lag phase of oxidation when it was present the quinone with regard to the control without quinona. It also passed the same with the nitrate reduction. There are signals that the quinone induces the formation of oxidation intermediates of the p-cresol, although at the end of the essay the p-cresol was recovered in form of HCO3 - (YHCO3 - = 1). Likewise induces the nitrite formation that was recovered as N2 at the end of the essay (YN2 = 1). The consumption efficiencies of the acetate and p-cresol when the AQDS was supplemented were nearly of 100%. Here, for the first time it is presented evidence of the participation of the AQDS like redox mediator in the oxidation of organic matter under denitrifying conditions. Other quinones were tested in the p-cresol oxidation with nitrate: the alizarin and the menadione. In alizarin presence the oxidation of the p-cresol was faster than with the AQDS, with a high yield production of HCO3 - (YHCO3 - = 1), while the desnitrificación was affected (YN2 = 0.45). The menadione inhibits the complete oxidation from the p-cresol to CO2 (YHCO3 - = 0.5) but it doesn't inhibit the reduction of NO3 - to N2 (YN2 = 1). Different quinones, characterized by an oxidizereduction potential, caused a significantly different metabolic effect on the oxidation of the p-cresol like the reduction of NO3 - to N2.
En la actualidad un problema ambiental es la contaminación del agua que se da por el desmedido crecimiento poblacional, una práctica agrícola intensiva y una indiscriminada actividad industrial. Una propuesta factible para el tratamiento de las aguas que contienen nitrógeno en forma de nitrato y materia orgánica de diferentes tipos es la desnitrificación biológica. La desnitrificación es un proceso de tipo anóxico que acopla la oxidación de materia orgánica con la reducción de nitrato, lo que la hace amigable con el ambiente. Sin embargo, un paso limitante es la velocidad con la que se lleva a cabo. Este problema se acentúa más cuando participan compuestos orgánicos de tipo recalcitrante. Son varios los factores que afectan a la velocidad desnitrificante. Uno de ellos es el transporte de electrones entre los procesos de oxidación y reducción, que puede ser lento, originando con ello una disminución en la velocidad del proceso. Se ha encontrado que las sustancias húmicas, la materia orgánica presente en todos los suelos, contienen quinonas, que les confieren propiedades redox. Por lo cual se han utilizado en cultivos microbianos como transportadores, aceptores finales o donadores de electrones en procesos de eliminación de compuestos de interés ecológico En el presente trabajo se estudió el efecto de la adición de una quinona modelo (AQDS) al proceso desnitrificante. Se realizaron ensayos en lote con un lodo desnitrificante de origen heterotrófico, el cual provenía de un reactor continuo de tanque agitado en estado estacionario. Primero con la quinona como aceptor final de electrones y dos tipos de materia orgánica (acetato y p-cresol como compuesto recalcitrante). Ambos compuestos orgánicos fueron totalmente oxidados a HCO3 - (YHCO3 - » 1) con la AQDS, la cual se recuperó como AH2QDS. Tanto el acetato como el p-cresol tuvieron eficiencias de consumo cercanas al 100%, pero las velocidades de oxidación fueron menores que con nitrato como potencial oxidante. El lodo desnitrificante fue capaz de utilizar a la AQDS como aceptor final de electrones para la oxidación de materia orgánica. Se adicionó la AQDS al proceso desnitrificante en presencia de nitrato y materia orgánica. La quinona incrementó la velocidad de oxidación del acetato (500 mg/L) un 43% y un 17% la reducción de nitrato. Con el p-cresol se redujo la fase de retardo de oxidación cuando estuvo presente la quinona con respecto al control sin quinona. También pasó lo mismo con el nitrato. Los resultados dan indicios de que la quinona induce la formación de intermediarios de oxidación del pcresol aunque al final todo el p-cresol se recuperó en forma de HCO3 - (YHCO3 - » 1). El nitrito formado se recuperó con N2 al final del ensayo (YN2 » 1). Las eficiencias de consumo de acetato como de p-cresol en presencia de la AQDS fueron del 100%, en ambos casos. Aquí, por primera vez se presenta evidencia de la participación de la AQDS como transportador de electrones en la oxidación de materia orgánica bajo condiciones desnitrificantes. Se probaron otras quinonas en la oxidación de p-cresol con nitrato, la alizarina y la menadiona. En presencia de alizarina la oxidación del p-cresol fue más rápida que con la AQDS, con un rendimiento alto en la producción de HCO3 - (YHCO3 - »1), mientras que la desnitrificación se vio afectada (YN2 = 0.45). . La menadiona inhibe la oxidación completa del p-cresol a CO2 (YHCO3 - = 0.5) pero no inhibe la reducción de NO3 - a N2 (YN2 » 1). Diferentes quinonas, caracterizadas por un potencial de oxido-reducción, provocaron un efecto metabólico significativamente diferente sobre la oxidación del p-cresol como sobre la reducción de NO3 - a N2.
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