“Efecto de la estimulación eléctrica sobre el crecimiento de Pseudomonas denitrificans bajo condiciones aerobias en una celda bioeléctrica”

Abstract

"El tratamiento biológico más utilizado para efluentes con altas cargas orgánicas y contaminantes recalcitrantes en sistemas de aguas municipales e industriales, es el proceso de lodos activados. Sin embargo, existe un gran problema, ya que durante este proceso se genera una alta cantidad de lodos residuales que deben disponerse, lo que eleva el costo del tratamiento, además ocasiona un impacto negativo en el ambiente ya que algunos pueden resultar tóxicos si no son tratados adecuadamente. Una posible alternativa para combatir este problema, la cual se propone en la presente tesis, es la estimulación del metabolismo microbiano, a partir de una exposición continua, a un campo eléctrico, ya que se ha observado que dicha estimulación puede disminuir el crecimiento celular e incrementar el consumo de materia orgánica. En este trabajo, se estudió el efecto del suministro de un potencial en el metabolismo de una cepa pura de la especie Pseudomonas denitrificans, mediante un sistema bioeléctrico. Primero se hizo un estudio nutricional de Ps. denitrificans y se determinó al lactato como la fuente carbono y energía óptima para su crecimiento bajo condiciones aerobias. Posteriormente se determinaron las condiciones de operación del sistema bioeléctrico abiótico; se delimito un intervalo de potencial de 0.1-0.9 V, para eludir la electrólisis del medio electrolítico y la degradación del material del electrodo, es decir en este intervalo de potencial no hubo reacciones faradaicas que pudieran proveer compuestos que se comportaran como un mediador redox externo para el intercambio electrónico entre los electrodos y la bacteria. Finalmente se aplicaron tres potenciales de 0.1, 0.25 y 0.5 v y se evaluó la tasa de utilización del sustrato y producción de biomasa; también se hizo un análisis de la relación entre el aumento celular y el consumo de lactato el cual se expresa como rendimiento celular, y se calcularon las fracciones de equivalentes reductores para biomasa y energía. El análisis de los parámetros determinados indicó que el suministro del potencial eléctrico causó un cambio en el rendimiento celular y en la tasa de utilización de sustrato; el rendimiento celular disminuyó después de la aplicación de 0.25 V, obteniéndose un rendimiento final de 0.34 g SVT/ g Lactato, 31% menor respecto del experimento control. Mientras que la tasa de utilización del sustrato creció hasta 2 veces más respecto del experimento control En conjunto, los resultados presentados aquí indican que la aplicación constante de un potencial eléctrico a bajos voltajes en procesos de lodos activados tiene el potencial de disminuir la producción de lodos y de hacer que los reactores sean más eficientes para el tratamiento de aguas residuales."

"The most used biological treatment for effluents with high organic loads and recalcitrant contaminants for both, municipal and industrial water systems is the activated sludge process. However, there is a big problem, since during this process a high amount of residual sludge is generated, which raises the cost of the treatment, and causes a negative impact on the environment, since some can be toxic if they are not treated properly. A possible alternative to combat this problem, which is proposed in this thesis, is the stimulation of microbial metabolism, from a continuous exposure to an electric field, since it has been observed that such stimulation can decrease cell growth and increase the consumption of organic matter. In this work, we studied the effect of the supply of a potential in the metabolism of a pure strain of the species Pseudomonas denitrificans, through a bioelectric system. First, a nutritional study of Ps. Denitrificans was made determining lactate as the carbon source and optimum energy for the growth of Ps. Denitrificans compared to acetate, methanol and glucose under aerobic conditions. Subsequently, the operating conditions of the abiotic bioelectric system were determined; A potential range of 0.1-0.9 V was delimited to elude the electrolysis of the electrolytic medium and the degradation of the electrode material, i.e. in this potential range there were no faradic reactions that could provide compounds that would behave as an external redox mediator for electronic exchange between electrodes and bacteria. Finally, three potentials of 0.1, 0.25 and 0.5 V were applied and the rate of substrate utilization and biomass production were evaluated. Also, an analysis was made of the relationship between cell growth and lactate consumption, which is expressed as cell yield, and the fractions of reducing equivalents for biomass and energy were calculated. The analysis of the determined parameters indicated that the supply of the electric potential caused a change in the cellular yield and the rate of substrate utilization. The cell yield decreased after application of 0.25 V, showing a final yield of 0.34 g SVT / g lactate, 31% lower than the control experiment. While the utilization rate of the substrate grew up to 2 times more than the control experiment. Overall, the results presented here indicate that the constant application of an electric potential at low voltage in activated sludge processes has the potential to decrease sludge production And to make the reactors more efficient for wastewater treatment."