Producción CyT
Congreso
Autoría
Oriana Murua
;
Georgina Berretta Invernizzi
;
Noemí Zaritzky
;
CARAVELLI, ALEJANDRO HORACIO
;
Cintia Lobo
Fecha
2025
Editorial y Lugar de Edición
UNLP
Resumen
Información suministrada por el agente en
SIGEVA
RESUMENLa generación de biogránulos aeróbicos a partir de lodos activados es una alternativa prometedora para tratar aguas con contaminantes tóxicos. Estos agregados microbianos poseen una estructura que funciona como barrera para la difusión de compuestos tóxicos, disminuyendo la inhibición sobre la biomasa y aumentando la capacidad de remoción de contaminantes. Su formación se favorece en reactores batch secuenciales (SBR) operado...
RESUMENLa generación de biogránulos aeróbicos a partir de lodos activados es una alternativa prometedora para tratar aguas con contaminantes tóxicos. Estos agregados microbianos poseen una estructura que funciona como barrera para la difusión de compuestos tóxicos, disminuyendo la inhibición sobre la biomasa y aumentando la capacidad de remoción de contaminantes. Su formación se favorece en reactores batch secuenciales (SBR) operados con régimen de disponibilidad de carbono e inanición (“feast”/”famine”) bajo condiciones aeróbicas y alta fuerza de corte, suministrada por un flujo de aire ascendente en un reactor tipo columna (Nancharaiah et al. 2018). El régimen “feast/famine” también favorece la selección de bacterias con capacidad de producir polihidroxialcanoatos (PHA), biopolímeros intracelulares de reserva con propiedades de interés como sustitutos de plásticos convencionales (Carta et al 2001). Los biogránulos compactos presentan una matriz rica en sustancias poliméricas extracelulares (EPS). Estas EPS, compuestas principalmente por polisacáridos, proteínas y ácidos nucleicos, generan una superficie cargada negativamente que favorece la biosorción de cationes y metaloides. Aprovechar estos biogránulos como bioadsorbentes permite reducir los costos asociados al tratamiento y la disposición final, mejorando la sustentabilidad del proceso. El objetivo de este trabajo fue revalorizar efluentes tóxicos conteniendo fenol, como única fuente de carbono y energía, mediante la generación de biogránulos aeróbicos en un reactor SBR, evaluando su capacidad para producir PHA bajo condiciones de limitación de nitrógeno y oxígeno, y como bioadsorbente económico de Flúor. Se operó el SBR con ciclos de 24 hs que incluyeron fases de alimentación, reacción aeróbica, purga de biomasa, sedimentación y extracción del sobrenadante. Se alimentó con efluente sintético con una carga diaria de 750 mg fenol.L-1, sulfato de amonio ((NH₄)₂SO₄) como fuente de nitrógeno, sales de fosfato (KH₂PO₄ y K₂HPO₄) como fuente de fósforo, y una solución de micronutrientes. La relación DQO:N:P se mantuvo constante en 100:5:2, pH 7,5, tiempo de residencia celular de 10 días y tiempo de residencia hidráulica de 2,8 días. Se aplicó un caudal de aire ascendente de 0,9 cm/s y un tiempo de sedimentación de 5 minutos. Bajo estas condiciones se obtuvieron biogránulos y no se detectó fenol residual en el efluente final, cumpliéndose así los límites establecidos por la Resolución Nº 336/2003 de la Autoridad del Agua de la Provincia de Buenos Aires (0,5 mg/L). Los biogránulos obtenidos se utilizaron en reactores batch para producción de PHA con altas cargas de fenol (5400 mgDQO/L), una relación alimento/microorganismo (F/M) de 3,6 (c-mmol fenol/c-mmol biomasa activa) y limitado en nitrógeno y oxígeno. Se calculó la velocidad de consumo de sustrato (rDQO) a partir de la pendiente de la curva de decaimiento en un intervalo de tiempo. Se monitoreó la producción de PHA, mediante la cuantificación del polímero. Para ello las muestras de biogránulos fueron secadas en estufa de vacío, trituradas, sometidas a extracción con cloroformo y se purificaron mediante precipitación con soluciones de etanol. El rendimiento de producción de PHA (yPHA/S) se calculó como el cociente entre su velocidad de producción (rPHA) expresadas en unidades de DQO (mgO₂·L⁻¹·h⁻¹) y rDQO. Se logró una remoción del 88 % del fenol a las 51 h, con una concentración máxima de PHA acumulado de 1,04 g·L-1 y un rendimiento de yPHA/S= 0,27 mgDQO·mgDQO-1. No se detectó acumulación de glucógeno, lo que sugiere que los microorganismos priorizaron la síntesis de PHA como principal polímero de reserva. La velocidad de degradación se vio negativamente afectada por la limitada disponibilidad de oxígeno disuelto (< 1 mg O2.L-1), la cual redujo la actividad metabólica de la biomasa. Se analizaron los biogránulos y el PHA extraído mediante espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR-ATR), registrando espectros entre 4000–500 cm⁻¹ (32 escaneos, 4 cm⁻¹ de resolución) (Tugarova et al. 2021). A partir de los espectros de las muestras de biogránulos, se calculó la relación entre las áreas de las bandas de éster C=O (1730 cm⁻¹) asocida al PHA y y amida II (1540 cm⁻¹) representativa de las proteínas. Este cociente (área1730/área1540) se correlacionó con la cantidad de PHA producida por unidad de biomasa seca total (mgPHA/gSST) mostrando un ajuste lineal: Área1730/Área1540= 0.0085 mgPHA producido/mgSST – 0.098 (r2=0.91). Esta relación puede utilizarse como estimador rápido de la concentración de PHA sin la necesidad de utilizacion de solventes. El espectro del PHA extraído se comparó con el correspondiente al co-polímero comercial 3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato (PHBV, Sigma Aldrich con 12% molar de PHV). En ambos se observaron las bandas características: metilo, metileno, éster y enlace C-O-C en 2960 cm⁻¹, 2933 cm⁻¹, 1730 cm⁻¹ y región de 1300 y 1150 cm⁻¹, respectivamente. La coincidencia espectral confirmó la producción y purificación exitosa del PHA, sin presencia de contaminantes detectables. El exceso de biogránulos aerobios purgados del SBR fue revalorizado como bioadsorbente de Flúor. Para ello, se funcionalizaron los biogránulos en una solución de 4,51 ± 0,48 g/L Fe+3 durante 2 h, se lavó y secó a 40 °C durante 24 h. Se evaluó el efecto del pH de funcionalización (1,5; 3,5 y 7) en la obtención de biomasa microbiana funcionalizada con Hierro (Bio-Fe) y su capacidad para adsorber 50 mg/L de F a pH 3,5, con 10 g/L de dosis de adsorbente seco. Las remociones fueron 21,9 ± 1,4%, 76,0 ± 7,3% y 14,6 ± 2,9% y las capacidades de adsorción (mgF/gBio-Fe) de 1,07 ± 0,07, 3,68 ± 0,40 y 0,71 ± 0,16 mgF/gBio-Fe, respectivamente. Los resultados obtenidos permiten vislumbrar una estrategia integral para el tratamiento de aguas residuales fenólicas, basada en la generación de biogránulos capaces de remover elevadas concentraciones de fenol, acumular biopolímeros de interés industrial y actuar como bioadsorbentes de F. Esta estrategia se enmarca en los principios de economía circular, promoviendo tecnologías limpias, sostenibles y de bajo costo aplicables a efluentes industriales de elevada toxicidad.Palabras clave: fenol, reactor batch, flúor, biosorción, biopolímerosREFERENCIASCarta, F., Beun, J. J., Van Loosdrecht, M. C. M., & Heijnen, J. J. (2001). Simultaneous storage and degradation of PHB and glycogen in activated sludge cultures. Water Research, 35(11), 2693–2701. https://doi.org/10.1016/S0043-1354(01)00040-9Nancharaiah, Y. V., & Reddy, G. K. K. (2018). Aerobic granular sludge technology: Mechanisms of granulation and biotechnological applications. Bioresource Technology, 247, 1128–1143. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2017.08.126Tugarova, A. V., Dyatlova, Y. A., Kenzhegulov, O. A., & Kamnev, A. A. (2021). Poly-3-hydroxybutyrate synthesis by different Azospirillum brasilense strains under varying nitrogen deficiency: A comparative in-situ FTIR spectroscopic analysis. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 252, 119458. https://doi.org/10.1016/j.saa.2020.119458
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Palabras Clave
FENOLBIOPÓLIMEROSFLUORBIOSORCIONREACTOR BATCH