Thesis:

Tratamiento y valorización de Tolueno desde una corriente gaseosa por Pseudomona putida

La contaminación atmosférica es causada por la acción de materiales biológicos, partículas y diferentes sustancias químicas que alteran su composición. Por la contaminación atmosférica se han reportado efectos adversos agudos sobre la salud de las personas como la reducción de la función pulmonar y la muerte prematura. La Agencia de protección ambiental clasifica 188 compuestos químicos como contaminantes peligrosos para la atmosfera, entre ellos se encuentra el Benceno, Tolueno, Etilbenceno, Xileno y Estireno (BTEXS), los cuales son sustancias de origen orgánico que se caracterizan por ser volátiles a condiciones normales de presión y temperatura. Dentro de los procesos de remoción de BTEXS están los tratamientos biológicos que utilizan microorganismos para metabolizar los compuestos orgánicos. Este tratamiento puede combinar la remoción con la producción de compuestos de alto valor añadido, como lo son los polihidroxialcanoatos (PHAs), un poliéster biológico utilizado para la producción de bioplásticos que se acumula intracelularmente en forma de gránulos, y su función biológica es ser fuente de energía y carbono de reserva para los microorganismos. La valorización de estos contaminantes utilizando microorganismos ofrece ventajas sobre los otros procesos de remoción, como lo son los bajos costos operativos, menor huella de carbono y un menor requerimiento de energía, como también con una mirada a la economía circular. El presente trabajo estudia la operación semicontinua en ciclos Feast-Famine de un reactor agitado de 2 L utilizando un cultivo de Pseudomonas putida mt-2 y una alimentación continua de tolueno gaseoso, donde la carga orgánica fue de 24 g m-3 h -1 . Posteriormente, se realizaron los ciclos de operación con una duración de 5 días de la fase Famine, la remoción de tolueno se mantuvo sobre el 90% y la acumulación de PHAs promedio fue de 6,5%. Junto con la baja acumulación de PHAs se observa una alta concentración de TOC, lo que sugiere la presencia de un metabolito intermediario en la ruta de degradación de tolueno de una coloración amarilla en el medio. El estudio concluye que la operación semicontinua en ciclos operativos con Pseudomonas putida mt-2 puede ser un tratamiento de remoción para emisiones continuas de tolueno, sin embargo, se debe optimizar para la acumulación de PHAs. Por lo que para investigaciones futuras se recomienda buscar una optimización de ciclos Feast-Famine para la acumulación de PHAs e indagar en la producción de metabolitos intermedios para su posible valorización.

Air pollution is caused by the action of biological materials, particulate matter, and various chemical substances that alter its composition. Acute adverse health effects have been reported from air pollution, including reduced lung function and premature death. The Environmental Protection Agency classifies 188 chemical compounds as hazardous air pollutants, including benzene, toluene, ethylbenzene, xylene, and styrene (BTEXS). These are organic substances characterized by their volatility under normal pressure and temperature conditions. Biological treatments, which utilize microorganisms to metabolize these organic compounds, are among the processes used to remove BTEXS. This treatment can combine removal with the production of high-value-added compounds, such as polyhydroxyalkanoates (PHAs). PHAs are biological polyesters used in the production of bioplastics that accumulate intracellularly in the form of granules. Their biological function is to serve as a source of energy and carbon reserves for microorganisms. The valorization of these contaminants using microorganisms offers advantages over other removal processes, such as low operating costs, a smaller carbon footprint, and lower energy requirements, as well as a focus on the circular economy. This work studies the semi-continuous operation of a 2 L stirred reactor in Feast-Famine cycles using a Pseudomonas putida m-2 culture and a continuous feed of gaseous toluene, where the organic loading rate was 24 g m-3 h-1. Subsequently, the Famine phase was run for 5 days. Toluene removal remained above 90%, and the average PHA accumulation was 6.5%. Along with the low PHA accumulation, a high concentration of TOC was observed, suggesting the presence of an intermediate metabolite in the toluene degradation pathway, which imparted a yellow color to the medium. The study concludes that semi-continuous operation in operating cycles with Pseudomonas putida mt-2 can be a removal treatment for continuous toluene emissions; however, it must be optimized for PHA accumulation. Therefore, future research recommends exploring the optimization of Feast-Famine cycles for PHA accumulation and investigating the production of intermediate metabolites for their potential valorization.