Producció de biopolímers amb cultius bacterians mixtes. Comparació de tres reactors discontinus seqüencials (SBR) amb diferents condicions operacionals

La producció de biopolímers (polihidroxialcanoats (PHA) i substàncies polimèriques extracel·lulars (EPS)) a nivell industrial, resulta una nova àrea d’investigació que recull diverses disciplines, entre elles les Ciències Ambientals. Aquest projecte final de carrera amb el títol: “Producció de biopolímers amb cultius bacterians mixtes”, s’ha desenvolupat sota la supervisió de la directora de projecte Dra. María Eugenia Suárez Ojeda del Departament d’Enginyeria Química de la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) i s’ha dut a terme per l’estudiant Jordi Pérez i Forner de la Llicenciatura de Ciències Ambientals, Facultat de Ciències de la UAB, en el Departament d’Enginyeria Química de la mateixa universitat. L’objectiu d’aquest projecte ha estat produir biopolímers simultàniament amb l’eliminació de fòsfor i matèria orgànica en aigües residuals per obtenir un residu final amb un alt valor afegit. Aquests biopolímers reuneixen les característiques necessàries per a poder competir amb els plàstics convencionals i així, reduir l’elevat consum del petroli i la generació de residus no biodegradables. En aquest projecte s’ha dut a terme la posta en marxa d’un reactor discontinu seqüencial (SBR) per a l’acumulació de biopolímers amb cultius bacterians mixtes. Diferents investigadors han estudiat que aquests tipus de cultius bacterians arriben a nivells de fins el 53-97% [Pijuan et al., 2009] de contingut de biopolímers a la biomassa, sometent als microorganismes a diferents situacions d’estrés ja sigui per dèficit de nutrients o per variacions en les fases de feast-famine (festí-fam). Durant el projecte, s’ha realitzat el monitoratge del reactor alimentat amb una aigua sintètica, elaborada en el laboratori, amb les característiques d’un aigua residual provinent de la industria làctica. S’ha sotmès als microorganismes a diferents condicions operacionals, una d’elles amb limitació de fòsfor com a nutrient i una tercera condició amb una variació a les fases feast-famine. D’altra banda, com a segon objectiu, s’ha analitzat el contingut de biopolímers a la biomassa de dos SBRs més, del grup de recerca Bio-GLS del Departament d’Enginyeria Química de la UAB, alimentats amb diferents fonts de carboni, glicerol i àcids grassos de cadena llarga (AGCLL), per observar les influències que té el tipus de substrat en l’acumulació de biopolímers. Els resultats obtinguts en la primera part d’aquest projecte han estat similars als resultats d’altres investigadors [Pijuan et al., 2009; Guerrero et al., 2012]. S’ha determinat que sotmetre als microorganismes a situacions d’estrés té un efecte directe pel que fa a l’acumulació de biopolímers. També s’ha observat com al mateix temps que acumulaven aquests compostos, els microorganismes desenvolupaven la seva tasca de depurar l’aigua residual, obtenint al final del cicle una aigua amb un baix contingut en matèria orgànica i altres contaminants com amoni i fòsfor, en aquest cas. En la segona part del projecte, s’ha observat com el tipus de substrat té un efecte directe pel que fa a l’acumulació de biopolímers i també a l’activitat metabòlica dels microorganismes. Per tant, s’ha conclòs que la producció de biopolímers mitjançant la depuració d’aigües residuals es una via d’investigació molt prometedora pel que fa als resultats obtinguts. Alhora que es tracta un residu, s’obté una producte residual amb un alt valor afegit que pot ser utilitzat per la producció de bioplàstics 100% biodegradables.

La producción de biopolímeros (polihidroxialcanoatos (PHA) y sustancias poliméricas extracelulares (EPS)) a nivel industrial, resulta una nueva área de investigación que recoge diversas disciplinas, entre ellas las Ciencias Ambientales. Este proyecto final de carrera con el título: "Producción de biopolímeros con cultivos bacterianos mixtos", se ha desarrollado bajo la supervisión de la directora de proyecto Dra. María Eugenia Suárez Ojeda del Departamento de Ingeniería Química de la Universidad Autónoma de Barcelona (UAB) y ha sido llevado a cabo por el estudiante Jordi Pérez Forner de la Licenciatura de Ciencias Ambientales, Facultad de Ciencias de la UAB, en el Departamento de Ingeniería Química de la misma universidad. El objetivo de este proyecto ha sido producir biopolímeros simultáneamente con la eliminación de fósforo y materia orgánica en aguas residuales para obtener un residuo final con un alto valor añadido. Estos biopolímeros reúnen las características necesarias para poder competir con los plásticos convencionales y así, reducir el elevado consumo del petróleo y la generación de residuos no biodegradables. En este proyecto se ha llevado a cabo la puesta en marcha de un reactor discontinuo secuencial (SBR) para la acumulación de biopolímeros con cultivos bacterianos mixtos. Diferentes investigadores han estudiado que estos tipos de cultivos bacterianos alcanzan niveles de hasta el 53-97% [Pijuan et al., 2009] de contenido de biopolímeros en la biomasa, sometiendo a los microorganismos a diferentes situaciones de estrés, ya sea por déficit de nutrientes o por variaciones en las fases de feast-famine (festín-hambruna). Durante el proyecto, se ha realizado el seguimiento del reactor alimentado con un agua sintética, elaborada en el laboratorio, con las características de un agua residual proveniente de la industria láctea. Se ha sometido a los microorganismos a diferentes condiciones operacionales, una de ellas con limitación de fósforo como nutriente y una tercera condición con una variación en las fases feast-famine. Por otra parte, como segundo objetivo, se ha analizado el contenido de biopolímeros en la biomasa de dos SBRs más, del grupo de investigación Bio-GLS del Departamento de Ingeniería Química de la UAB , alimentados con diferentes fuentes de carbono, glicerol y ácidos grasos de cadena larga (AGCLL), para observar las influencias que tiene el tipo de sustrato en la acumulación de biopolímeros. Los resultados obtenidos en la primera parte de este proyecto han sido similares a los resultados de otros investigadores [Pijuan et al., 2009; Guerrero et al., 2012]. Se ha determinado que someter a los microorganismos a situaciones de estrés tiene un efecto directo en cuanto a la acumulación de biopolímeros. También se ha observado cómo al mismo tiempo que acumulaban estos compuestos, los microorganismos desarrollaban su tarea de depurar el agua residual, obteniendo al final del ciclo un agua con un bajo contenido en materia orgánica y otros contaminantes como amonio y fósforo, en este caso. En la segunda parte del proyecto, se ha observado como el tipo de sustrato tiene un efecto directo en la acumulación de biopolímeros y también en la actividad metabólica de los microorganismos. Por tanto, se concluyó que la producción de biopolímeros mediante la depuración de aguas residuales es una vía de investigación muy prometedora en cuanto a los resultados obtenidos. A la vez que se trata un residuo, se obtiene una producto residual con alto valor añadido que puede ser utilizado para la producción de bioplásticos 100% biodegradables.

Biopolymer production (polihidroxialkanoates (PHA) and extracellular polymeric substances (EPS)) in a mass production basis, are becoming a new investigation area that unites several disciplines among them Environmental Sciences. The following Final Project entitled: “Biopolymer Production with mixed bacterial cultures” has been developed under the guidance and supervision of the project manager Dra. María Eugenia Suarez Ojeda from Chemical Engineering department of Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) and developed by Jordi Pérez Forner Bachelor’s Degree in Environmental Science student from Science Faculty of UAB in the Chemical Engineering department of the same university The objective of the Project is to produce biopolymers eliminating simultaneously phosphorus and organic materials in wastewater, to obtain a final remain containing high end value. Those biopolymers meet the requested features to compete with conventional plastic in order to reduce the high consume of petrol and non-biodegradable waste generation. During the project a sequencing batch reactor (SBR) was started up with the aim to accumulate biopolymers with mixed bacterial culture. Several researchers determinate that, that kind of bacterial cultures reach up to 53-97% [Pijuan et al., 2009] content of biopolymers within the biomass submitting micro-organism to different stress situations either for nutrition deficiency or due to variations on feast-famines phases. During the project the reactor was monitored and filled with artificial water previously prepared in the laboratory following the features of sewage water coming from dairy industry. Micro-organisms were submitted to different operational conditions one of them with phosphorus limitation as nutrient and the third one with variation on the phase feastfamine. As a second objective, the content of biopolymers in the biomass of two more SBRs of the research group Bio-GLS from Chemical Engineering Department of UAB was analysed. The same was feed by carbon sources (glycerol and long chain fatty acid LCFA) in order to observe the substrate influence on biopolymer accumulation. Results coming from the first phase of the Project have been similar to the ones that other researchers [Pijuan et al., 2009; Guerrero et al., 2012]. The research determines that putting microorganisms down to stress situation has a direct result regarding to biopolymers accumulation. At the same time, same compound were accumulated micro-organisms were developing its task to purify wastewater obtaining at the end of water cycle other contaminating as ammonium and phosphorus in our case In the second part of the Project was observed that the substrate type has a direct effect on biopolymers and also on the micro-organism’s metabolic activity Therefore and as a conclusion, biopolymers production through sewage water is very promising as per obtained results. At the same time the waste is treated, the obtained one has high added value and can be used for bioplastic production 100% biodegradable.