Tratamientos fisicoquímicos y biológicos de residuos con compuestos fenólicos complejos

Resumen

La gestión y el tratamiento de efluentes industriales con alto contenido en materia orgánica es uno de los principales retos a los que se enfrenta la sociedad actual. Generalmente, su tratamiento se realiza mediante métodos biológicos aerobios o anaerobios que incluyen la eliminación de nutrientes. Sin embargo, con frecuencia nos encontramos con residuos que contienen contaminantes con estructuras fenólicas complejas, lo que les confiere un fuerte carácter refractario que dificulta su tratamiento por vía biológica y obliga a incorporar alternativas que permitan eliminar la materia orgánica recalcitrante. En el presente trabajo de tesis se abordó el estudio de las poblaciones bacterianas involucradas en procesos biológicos que tratan residuos que contienen contaminantes fenólicos. Así, se llevó a cabo un estudio metagenómico de los microorganismos presentes en un proceso de biometanización de lodos de depuradora, analizando los cambios tras los procesos de digestión anaerobia, centrifugación y decantación. Los resultados obtenidos permitieron caracterizar microbiológicamente las fracciones resultantes en función del tratamiento de separación, y conocer la abundancia relativa de las comunidades microbianas. Cuando la biometanización de lodos se realiza en un centro integral de residuos, es frecuente que el licor resultante sea tratado conjuntamente con los lixiviados del vertedero mediante un proceso biológico de nitrificación-desnitrificación. De esta manera, también se ha analizado metagenómicamente las poblaciones presentes en el efluente de entrada y en las distintas etapas del proceso, observándose una composición muy homogénea entre las distintas corrientes debido a la elevada tasa de recirculación existente entre los distintos tanques biológicos. Por otra parte, se ha evaluado el uso de diferentes tratamientos fisicoquímicos y biológicos con el fin de complementar los procesos de tratamiento habituales o revalorizar los residuos considerados. Así, se ensayaron métodos de oxidación húmeda, hidrólisis, ultrasonidos y ozonización para el tratamiento del licor de biometanización. Se analizó la evolución de la demanda química (DQO) y biológica (DBO5) de oxígeno, la biodegradabilidad, el color, el pH y estado medio de oxidación del carbono (AOSC) del efluente. En base a los resultados obtenidos se propusieron modelos cinéticos y se analizó la influencia de diferentes parámetros operacionales. Todas las técnicas ensayadas mejoraron considerablemente la biodegradabilidad del efluente, siendo la ozonización y la oxidación húmeda los más eficaces en la reducción de DQO. También, se ensayó el uso de diferentes técnicas de hidrólisis para el tratamiento de residuos de verduras, siendo el tratamiento térmico-enzimático la opción más eficaz para obtener azúcares reductores, aumentando su potencial para ser utilizados como sustratos en procesos fermentativos. Finalmente, como alternativa a los tratamientos biológicos con bacterias, se estudió el empleo del hongo Phanerochaete chrysosporium para tratar dos residuos agropecuarios (purines y alperujo), dos efluentes biológicamente pretratados (licor de biometanización y permeado de lixiviado) y un residuo de la industria papelera (licor negro). En este último caso se empleó también el hongo Aspergillus uvarum. La efectividad en los tratamientos fue evaluada mediante la determinación de la concentración de DQO, DBO5, carbohidratos y compuestos fenólicos, así como, la evolución del color y la actividad enzimática. En todos los casos, se logró reducir el contenido de materia orgánica, resultando clave el control del pH y siendo necesario en algunos casos suplementar con carbono y/o nitrógeno para maximizar la eficacia. Los resultados obtenidos en estos experimentos ponen de manifiesto el potencial de los hongos para la eliminación de color, compuestos fenólicos y materia orgánica recalcitrante, si bien, las condiciones operativas deben optimizarse para cada caso particular.