Metanización y mineralización del 2-clorofenol en condiciones metanogénicas Public Deposited
The aim of this study is to contribute to the knowledge about 2-Chlorophenol degradation under methanogenic conditions. This work was divided in two parts. The first part was focused on evaluating the effect of the acclimatization, addition of electron donors and the atmosphere during mineralization and methanization of 2-CP. Acetate and phenol were used as electron donors in stoichiometric relation with 2-CP. Nitrogen, carbon dioxide and helium were the atmosphere assessed; 50 and 80 days were the acclimatization times. In all cases the concentration of 2-CP used was 50 mg/L. The second part evaluated the effect of several oxygen concentrations (0.5 – 2 mg O2/L) and the acclimatization (50 days) during 2-CP mineralization and methanization. All the assays were performed in batch cultures using 60 mL serological bottles and adding as inoculum methanogenic sludge in steady state obtained from an UASB reactor. In all the experiments phenol was found as intermediary due to reductive dechlorination of 2-CP. Likewise, methane and carbon dioxide were detected indicating mineralization and methanization of 2-CP. In the first part, no effect of sludge acclimatization was observed on 2-CP consumption efficiency (84%) or production yield (0.7± 0.12). However, the lag phase was reduced in 62.5% if compared with the control. Likewise, the 2-CP specific consumption rate (qs) of the control was 0.0014 ± 0.0005 mg C/g VSS*d, this value was increased in 57% and 114% for acclimatization times of 50 and 80 days respectively, In reference to electron donors, it was observed that acetate consumption was independent of 2-CP consumption. No significant variation in yield products, consumption efficiencies and specific rates were observed if compared to the control assay without acetate. In contrast, no lag phase was observed when phenol was used resulting in an increase in the specific consumption rate (0.003 to 0.0044 ± 0.0005 mg C consumed / g VSS * d). Results concerning to atmospheres showed that carbon dioxide reduce consumption efficiency probably by a change in the metabolic pathway is given. The change is originated due to the production of other intermediaries; nitrogen and helium don not influence the 2-CP consumption because we had not observed difference among the consumption profiles. In the second part, no effect of oxygen on consumption efficiencies (92%) and specific consumption rates (0.0015 ± 0.0003 mg C/ VSS*d) was observed. At the highest concentration of oxygen assayed, methane and phenol production (YMETANO/S) decreased in 50% and 42% respectively while the yield of carbon dioxide (YCO2) increased compared to the methanogenic control without oxygen. The material balance suggested formation of an intermediary within an alternating metabolic pathway. Consumption period was diminished in 50% and the specific consumption rate increased in 73% when acclimatization sludge for 2-CP and oxygen was used.
El presente trabajo pretende contribuir al conocimiento que se tiene sobre la eliminación del 2- clorofenol (2-CP) en condiciones metanogénicas. El trabajo se dividió en dos partes. Una en la que se estudió el efecto de la aclimatación, la adición de donadores de electrones y el cambio de atmósfera en la metanización y mineralización del 2-CP. Como donadores de electrones se utilizaron acetato y fenol en relación estequiométrica con el 2-CP, atmósferas de nitrógeno, dióxido de carbono y helio y tiempos de aclimatación de 50 y 80 días; la concentración de 2-CP utilizada fue de 50 mg/L. En la segunda parte se evaluó el efecto del oxígeno (0.5-2 mg O2/L) y la aclimatación (50 días) en la metanización y mineralización del 2-CP. Todos los ensayos se llevaron a cabo en lote en botellas serológicas de 60 mL, utilizando como inóculo lodo metanogénico en estado estacionario proveniente de un reactor UASB. En la primera parte se encontró fenol en todas las pruebas como intermediario por lo que el primer paso para la eliminación del 2-CP fue la decloración reductora, además, se detectó metano y dióxido de carbono como evidencia de la metanización y mineralización del compuesto. La aclimatación no afectó a la eficiencia de consumo (84%) ni al rendimiento de producción de biogas (0.7± 0.12) ya que no se observó diferencia significativa entre cada uno de los tiempos de aclimatación y el control (sin aclimatación). En contraste, la fase de retardo se redujo en un 62.5% en comparación con el control. La velocidad específica de consumo (qs) del 2-CP del control fue de 0.0014±0.0005 mg C/g SSV·d, este valor se incrementó en un 57% y 114% en un tiempo de aclimatación de 50 y 80 días respectivamente. Con respecto a los donadores de electrones, se observó que el consumo de acetato fue de forma independiente al del 2-CP y se llevó a cabo en los primeros días, al mismo tiempo que se observó incremento en la formación de biogás. Además, no se presentó diferencia significativa en el rendimiento, eficiencia y velocidades de consumo al adicionarlo con respecto al control (sin acetato). Con la adición de fenol no se presentó una fase de retardo, además, se observó un incremento en la velocidad de consumo (0.003 a 0.0044±0.0005 mg C consumido/g SSV·d) con respecto al control. Estos resultados dan evidencia de que el fenol puede actuar como donador de electrones en la decloración reductiva y mejorar la velocidad de consumo del 2-CP. Sobre las atmósferas, se observó que el dióxido de carbono reduce la eficiencia de consumo del 2- CP debido probablemente a un cambio en la ruta metabólica provocado por la producción de otro tipo de intermediarios, el nitrógeno y helio no influyen sobre el consumo del 2-CP ya que no se presenta diferencia entre los perfiles de consumo. En la segunda parte, las eficiencias de consumo (92%) y velocidades específicas de consumo (0.0015±0.0003 mg C/g SSV·d) no presentaron diferencia significativa con la adición de oxígeno, ya que los valores son similares a los del control (sin oxígeno). En la máxima concentración de oxígeno la producción de metano (YMetano/S) y fenol disminuyeron en un 50% y 42% respectivamente, mientras que el rendimiento de producción de dióxido de carbono (YCO2) se incrementó en comparación con el control metanogénico, además, se detectó en el balance de materiales una fracción de carbono faltante (26%) lo cual sugiere la formación de un intermediario formado en una vía metabólica alterna. Con el tiempo de 40 días de aclimatación al 2-CP y oxígeno, el periodo de consumo se redujo en un 50% y la velocidad específica de consumo aumentó un 73%.
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