Estudio de un proceso de arranque para la selección de una Microbiota adecuada destinada a la producción de Polihidroxialcanoatos a partir de un inóculo de lodos mixtos de EDAR

Abstract

Hoy en día, la sociedad presenta una alta dependencia de los materiales plásticos. El problema reside en que la gran mayoría de los plásticos provienen de combustibles fósiles, principalmente del petróleo. El uso de plásticos derivados del petróleo conlleva altas repercusiones económicas, sociales y medioambientales, además de la carestía inminente de éste en un futuro próximo. Como respuesta a esta problemática, la Asociación de Bioplásticos Europea estima un potencial crecimiento de los bioplásticos para alcanzar el triple de su producción en el mercado Europeo en 2020. Entre los bioplásticos se encuentra la familia de los polihidroxialcanoatos (PHAs), precursores de bioplásticos biobasados y biodegradables que son acumulados intracelularmente por algunos microorganismos. En este contexto, la obtención de estos precursores a partir de un residuo es el objeto central de estudio de investigación del presente Trabajo Fin de Máster (TFM). Concretamente, el objetivo principal de este TFM está centrado, por un lado, en la selección de una microbiota capacitada para la producción de PHAs a partir de una cepa microbiana mixta procedente de lodos activos de una estación depuradora de aguas residuales (EDAR) convencional y, por otro lado, en el empleo del efluente de un proceso anaerobio acidogénico, rico en ácidos grasos volátiles, como sustrato del proceso. Para la consecución de este objetivo, se ha llevado a cabo el arranque, seguimiento y control de dos reactores semicontinuos de tanque agitado acoplados en serie: el primero de ellos, un reactor anaerobio acidogénico y, el segundo de ellos, un reactor destinado a la producción de PHAs a partir del efluente del primero. Para seleccionar una biomasa productora de PHAs a partir de lodos de EDAR, se ha implantado una estrategia basada en la alternancia de ambientes óxicos y anóxicos en ciclos de 24+24 h, coincidiendo con periodos de carestía y abundancia de sustrato. Adicionalmente, se han llevado a cabo nueve ensayos en reactores discontinuos para estudiar el efecto de la concentración y del perfil de ácidos grasos volátiles (AGVs) en la producción de PHAs. En estos ensayos se ha estudiado la influencia de la acidez total (10 g AcH/L, 15 g AcH/L y 20 g AcH/L) en el proceso de producción de PHAs así como la proporción de los ácidos butírico y valérico (10:1, 1:1 y 1:10). Para el control y la monitorización de los reactores se han empleado las siguientes técnicas analíticas: determinación del pH, medida del volumen de biogás, determinación de la composición del biogás, determinación del oxígeno disuelto, demanda química de oxígeno (DQO), sólidos volátiles en suspensión (SVS), sólidos totales (ST), sólidos volátiles (SV), determinación de carbono orgánico total (COT), acidez total y extracción y cuantificación de PHAs basado en espectrometría UV recogido en bibliografía. De esta forma, ha podido comprobarse que la microbiota seleccionada presenta una elevada capacidad degradativa, en el entorno del 86-95% en términos de DQO para el ensayo en semincontinuo de producción de PHAs. Además, se ha verificado un consumo prácticamente completo de los ácidos en dicho ensayo, así como en los ensayos en discontinuos. Entre los resultados obtenidos en las tandas de ensayos discontinuos, cabe destacarse la obtención del máximo rendimiento de producción de PHAs, 25% en peso, en el ensayo de 10 gAcH/L con una proporción de butírico diez veces mayor que la de valérico mientras que concentraciones mayores de acidez, 20g AcH/L, no mejoran el rendimiento de producción. Asimismo, comparando las proporciones de ácidos, se ha registrado que los ensayos realizados con mayor proporción de ácido butírico presentan un mayor rendimiento en la producción de PHAs. De acuerdo a estos resultados se concluye que un sustrato rico en AGVs, con alta proporción de ácido butírico y concentraciones moderadas de acidez total, procedente de una digestión anaerobia acidogénica es un sustrato adecuado para su uso como influente de un proceso de producción de PHAs.