Análisis de las variables que afectan el desarrollo de microorganismos filamentosos en sistemas de barros activados para el tratamiento de efluentes de la industria alimenticia

Objetivo general Realizar un estudio comparativo de los parámetros cinéticos y estequiométricos que caracterizan el desarrollo de un microorganismo filamentoso y uno floculante con el objeto de hallar las condiciones operativas que permitan controlar la aparición de bulking debido al desarrollo excesivo de microorganismos filamentosos en sistemas de tratamiento de efluentes de la industria procesadora de vegetales por barros activados. A tal efecto se utilizará Sphaerotilus natans como microorganismo filamentoso y un microorganismo floculante que se aislará e identificará de una planta de tratamiento de efluentes de la industria procesadora de vegetales por barros activados. Objetivos específicos 1.- Analizar la composición de un sistema modelo de efluente proveniente de la industria procesadora de vegetales a efectos de determinar las principales fuentes de carbono disponibles para su utilización por parte de S. natans y de microorganismos floculantes presentes en barros activados. 2.- Aislar microorganismos floculantes provenientes de diferentes muestras de barros activados. 3.- Analizar el desarrollo en cultivo puro de microorganismos floculantes y de S. natans en medios sintéticos con diferentes fuentes de carbono, según los resultados encontrados en el punto 1. 4.- Evaluar diferentes técnicas de determinación de biomasa; desarrollar y evaluar una técnica mediante la cual los resultados se obtengan en términos de DQO. 5.- Estudiar el efecto de la relación entre la concentración de la fuente de nitrógeno y la de carbono en la alimentación (C:N) en el desarrollo de un microorganismo floculante. 6.- Determinar los parámetros cinéticos y estequimétricos que caracterizan el desarrollo del microorganismo floculante en sistemas continuos en un medio limitado en carbono. 7.- Estudiar el efecto de la relación C:N de la alimentación en el desarrollo de S. natans; determinar los parámetros cinéticos y estequiométricos que caracterizan el crecimiento de S. natans en un medio limitado en carbono en cultivo continuo. 8.- Estudiar el efecto del pH sobre S. natans en un medio limitado en carbono en sistemas batch mediante técnicas clásicas y respirométricas. 9.- Desarrollar una técnica basada en análisis de imágenes para determinar la composición de un cultivo mixto compuesto por Sphaerotilus natans y un microorganismo floculante; aplicar la técnica desarrollada en el estudio de cultivos mixtos de Sphaerotilus natans y de la cepa E932 en sistemas continuos y realizar el modelado matemático de los resultados obtenidos.Facultad de Ciencias Exacta

Análisis de las variables que afectan el desarrollo de microorganismos filamentosos en sistemas de barros activados para el tratamiento de efluentes de la industria alimenticia

Objetivo general Realizar un estudio comparativo de los parámetros cinéticos y estequiométricos que caracterizan el desarrollo de un microorganismo filamentoso y uno floculante con el objeto de hallar las condiciones operativas que permitan controlar la aparición de bulking debido al desarrollo excesivo de microorganismos filamentosos en sistemas de tratamiento de efluentes de la industria procesadora de vegetales por barros activados. A tal efecto se utilizará Sphaerotilus natans como microorganismo filamentoso y un microorganismo floculante que se aislará e identificará de una planta de tratamiento de efluentes de la industria procesadora de vegetales por barros activados. Objetivos específicos 1.- Analizar la composición de un sistema modelo de efluente proveniente de la industria procesadora de vegetales a efectos de determinar las principales fuentes de carbono disponibles para su utilización por parte de S. natans y de microorganismos floculantes presentes en barros activados. 2.- Aislar microorganismos floculantes provenientes de diferentes muestras de barros activados. 3.- Analizar el desarrollo en cultivo puro de microorganismos floculantes y de S. natans en medios sintéticos con diferentes fuentes de carbono, según los resultados encontrados en el punto 1. 4.- Evaluar diferentes técnicas de determinación de biomasa; desarrollar y evaluar una técnica mediante la cual los resultados se obtengan en términos de DQO. 5.- Estudiar el efecto de la relación entre la concentración de la fuente de nitrógeno y la de carbono en la alimentación (C:N) en el desarrollo de un microorganismo floculante. 6.- Determinar los parámetros cinéticos y estequimétricos que caracterizan el desarrollo del microorganismo floculante en sistemas continuos en un medio limitado en carbono. 7.- Estudiar el efecto de la relación C:N de la alimentación en el desarrollo de S. natans; determinar los parámetros cinéticos y estequiométricos que caracterizan el crecimiento de S. natans en un medio limitado en carbono en cultivo continuo. 8.- Estudiar el efecto del pH sobre S. natans en un medio limitado en carbono en sistemas batch mediante técnicas clásicas y respirométricas. 9.- Desarrollar una técnica basada en análisis de imágenes para determinar la composición de un cultivo mixto compuesto por Sphaerotilus natans y un microorganismo floculante; aplicar la técnica desarrollada en el estudio de cultivos mixtos de Sphaerotilus natans y de la cepa E932 en sistemas continuos y realizar el modelado matemático de los resultados obtenidos.Facultad de Ciencias Exacta

Optimización de los procesos de tratamiento biológico de efluentes industriales para la remoción de carbono y nitrógeno

El objetivo general del presente trabajo es optimizar el proceso de remoción biológica de carbono y nitrógeno en sistemas de tratamiento de efluentes de la industria láctea por barros activados. Para ello se proponen los siguientes objetivos específicos: - Determinar los parámetros cinéticos y estequiométricos que caracterizan el desarrollo de los microorganismos relacionados con el proceso de oxidación de carbono y nitrógeno. - Determinar las condiciones operativas que conduzcan a obtener el proceso de remoción de carbono y nitrógeno mediante el proceso de barros activados más eficiente empleando el programa de simulación SSSP.Tesis presentada por el investigador de la UNLP Edgardo Contreras ante la Facultad Regional La Plata de la Universidad Tecnólogica Nacional (UTN) para obtener el grado de Magister en Ingeniería Ambiental.Facultad Regional La Plat

Modeling the aerobic growth and decline of <i>Staphylococcus aureus</i> as affected by pH and potassium sorbate concentration

The effects of pH (5.0, 5.2, 5.4, 5.6, and 5,8) and concentration of potassium sorbate (10.0 and 16.6 mM) at two water activity values (0.90 and 0.92) on the aerobic growth and decline of Staphylococcus aureus ATCC 6538P, 196-E, and FDA-C243 were studied using brain-heart infusion broth. The inoculum was approximately 4 to 5 log CFU/ml, and the incubation temperature was 30 degrees C. Samples were periodically enumerated on tryptic soy agar. The Gompertz model was used to obtain microbial growth parameters, specific growth rate was obtained as a derived parameter, and the inhibition index was calculated. A linear model was fitted in cases of bacteriostatic or bactericidal action of the treatment. The ATCC 6538P strain showed the highest resistance in the range of tested conditions. Microbial behavior was modeled considering the main controlling factors, and a response surface methodology was used to determine the effects of undissociated acid concentration and pH. These results can be used to establish treatment conditions for microorganism growth or inhibition.Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de AlimentosComisión de Investigaciones Científicas de la provincia de Buenos Aire

Modelling the change in the oxidation coefficient during the aerobic degradation of phenol by acclimated activated sludge

In this work the aerobic degradation of phenol by acclimated activated sludge was studied. Results demonstrate that while the phenol removal rate by acclimated activated sludge follows the Monod model, the oxygen uptake rate obeys a Haldane-type equation. The phenol oxidation coefficient obtained at different intial phenol concentrations ranged from 1.9 to 2.6 mol O2 · mol-1 phenol. A mathematical model based on a simplified version of the catalytic mechanism of the enzyme phenol 2-monooxygenase was developed to predict transient phenol concentrations and oxygen requirements by phenol-acclimated activated sludge in batch reactors under different initial phenol concentrations. The proposed model not only adequately represents the experimental results of the present paper, but also those reported by other authors. Particular cases of the proposed model are discussed.Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimento

Error propagation in open respirometric assays

This work deals with the calculation of the uncertainty of the exogenous respiration rate (Rex) and the total oxygen consumed (OCT) derived from a single open respirometric profile. Uncertainties were evaluated by applying a linear error propagation method. Results show that standard deviations (SD) of Rex and OCT depend not only on the SD of the dissolved oxygen (C) and kLa (kLa), but also on the SD of the derivative term (dC/dt) of the oxygen mass balance equation (b). A Monte Carlo technique was employed to assess b; a power law expression for the dependence of sb as a function of sC, the time window (tw) and the sampling rate (δt) was proposed. The equations obtained in the present work are useful to calculate suitable conditions (e.g., biomass concentration, kLa) that minimize the coefficient of variation corresponding to Rex and OCT.Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimento

A modified method to determine biomass concentration as COD in pure cultures and in activated sludge systems

A simple technique to determine biomass concentration as chemical oxygen demand (COD) was developed as an alternative to the standard volatile suspended solid (VSS) method. The proposed technique for biomass measurement as COD is based on the determination of the biomass COD (CODB) as the difference between total COD (CODT) and the soluble COD (CODS) of the sample. The obtained results show that this technique was quicker and simpler than the traditional VSS method. The validity of the proposed methods was tested with pure cultures of a filamentous micro-organisms (Sphaerotilus natans), a floc-forming bacteria and activated sludges. The method was also used for estimating the conversion factor (fCV) from VSS to COD units. A modification of the standard VSS technique was also proposed using two membranes in the filtration device; this technique allowed the biomass determination in 1 μm size bacteria cultures that cannot be detected by the standard VSS method because cells are not retained by the 1.5 μm diameter pore glass-fibre filter.Facultad de IngenieríaCentro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimento

Inactivación de una peroxidasa comercial por peróxido de hidrógeno

El objetivo del presente trabajo fue evaluar la estabilidad de una peroxidasa comercial (HRP) en condiciones de reacción. Espectrofotométricamente se pudieron identificar tres estados de la enzima. En ausencia de peróxido (P), la enzima está en su estado basal (E0). Aunque la literatura indica que en presencia de P el estado basal E0 se oxida a un estado E1 perdiendo dos electrones, solo se observó el estado intermedio E2, el cual está un electrón debajo de E0. En presencia altas concentraciones de P se identificó una tercera especie E3, la cual decae a E0. Además, la HRP pudo catalizar la descomposición del peróxido, evidenciando la actividad catalásica de la HRP. El decaimiento de E3 también generó una especie Ex, la cual resultó catalíticamente inactiva. Asimismo, la formación de la especie inactiva se correlacionó con la pérdida de actividad peroxidasa. Experimentos similares en presencia de OII como sustrato reductor externo, empleando bajas concentraciones de P y tiempos cortos, muestran también una disminución de la actividad peroxidasa. Considerando que en estas condiciones la formación de E3 es despreciable, los resultados sugieren una ruta alternativa de inactivación, independiente de la formación de E3. Por lo tanto, se concluye que en las condiciones estudiadas la pérdida de actividad enzimática es una característica intrínseca de la HRP estudiada

Hexavalent chromium removal using aerobic activated sludge batch systems added with powdered activated carbon

The addition of powdered activated carbon (PAC) has been proposed as a suitable technique to protect activated sludge against toxic wastewaters. However, the literature data describing the combined effect of PAC addition on Cr(VI) removal using activated sludge are scarce. The objectives of this study were to investigate the effect of the initial Cr(VI) concentration, PAC and an electron donor addition on Cr(VI) removal using aerobic activated sludge batch reactors. The following Cr(VI) removal systems were tested: activated sludge alone; activated sludge with an external electron donor (5 g/ℓ of lactose); activated sludge with PAC addition (4 g/ℓ); activated sludge with both PAC and lactose; and PAC alone. The results reported here showed that activated sludges are capable of removing Cr(VI) via its reduction to Cr(III) only if a suitable electron donor (such as lactose) is available. For initial Cr(VI) concentration lower than 10 mg/ℓ, biomass alone can remove 100% of the Cr(VI). However, for higher initial Cr(VI) concentrations, removal efficiencies (RE) of the system with PAC were higher than RE corresponding to the system without PAC. In addition, as the initial Cr(VI) concentration increased, the rate of Cr(VI) removal and RE values decreased reflecting loss of metabolic activity of the activated sludge due to the toxicity of Cr(VI); however, this inhibition was less in systems with PAC. Whereas the removal of Cr(VI) using powdered activated carbon (PAC) alone is negligible, the addition of PAC can improve the biological reduction of Cr(VI) due to the stimulating or protective effect against the Cr(VI) toxicity. This protective effect was also observed in respiratory activity of the biomass.Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimento

Variaciones en la cinética de biooxidación de fenol, suero de queso y acetato en barros activados inducidas por cambios en la composición de la alimentación

Los fenoles son compuestos ampliamente utilizados en diversas industrias tales como fabricantes de plásticos, refinerías de petróleo, detergentes, pesticidas y farmacéuticas. Aunque el fenol es un compuesto tóxico para muchos microorganismos, también puede resultar una fuente de carbono y energía para consorcios microbianos que se han aclimatado a su presencia. Por lo tanto, a pesar de su toxicidad intrínseca, el fenol y sus derivados pueden ser removidos de las aguas residuales (AR) mediante procesos biológicos. Una vez conocida la cinética de los procesos involucrados, generalmente para el dimensionamiento de sistemas biológicos de tratamiento se asumen condiciones de estado estacionario. Sin embargo, diversos factores (descartes, cambios de procesos, accidentes) determinan que en la realidad existan variaciones tanto en la composición de las AR como en la concentración de sustancias tóxicas o inhibidoras. Estos cambios en las AR producen alteraciones en la composición microbiana de barros activados modificando la cinética de degradación de los compuestos presentes en las AR, los cuales pueden ser monitoreados empleando técnicas respirométricas. Las técnicas respirométricas se basan en la medición e interpretación de la velocidad de consumo de oxígeno por parte de los microorganismos presentes en los barros activados en condiciones definidas y controladas. En particular, la respirometría puede ser empleada para monitorear los cambios que se producen en los barros activados como respuesta a variaciones en la composición del AR. En el presente trabajo se empleó una técnica respirométrica para estudiar, mediante barros activados, los cambios que se producen en la cinética de degradación de tres sustratos típicos (suero de queso, acetato y fenol) frente a una variación en la composición del AR. Los barros activados fueron obtenidos en un reactor semicontinuo alimentado con un modelo de AR de industria láctea con suero de queso como fuente de carbono y energía. Una vez alcanzado un régimen de operación estable se cambió la alimentación del reactor a un medio mineral que contenía 300 mgL⁻¹ de fenol como única fuente de carbono y energía. Los resultados obtenidos demostraron que los barros activados alimentados con suero no poseen una capacidad significativa de biooxidar acetato ni fenol. En cambio, los barros activados aclimatados a fenol fueron capaces de biooxidar activamente acetato, fenol y además conservaron la capacidad de biooxidar suero de queso. Finalmente, los resultados obtenidos en este trabajo permitieron el desarrollo de un modelo matemático para describir la biooxidación de los compuestos estudiados.Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de AlimentosFacultad de Ingenierí