Reducción de fangos de las Edars y producción de materia grasa a partir del cultivo de caenorhabditis elegansReducción de fangos procedentes de las EDARs y producción de materia grasa a partir del cultivo de Caenorhabditis elegans

Résumé

En las Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales (EDARs) se lleva a cabo el proceso de depuración para obtener un efluente cuyas características permitan su vertido a cauces públicos, como ríos o mares, sin que ello constituya un impacto ambiental apreciable. Normalmente, este proceso está constituido por dos líneas: la línea de agua y la línea de fango o sólidos. En la línea de fango, durante el proceso, se generan toneladas del mismo. Una parte de éste se trata mediante una digestión anaerobia para su estabilización, donde se elimina parcialmente la materia orgánica. Los fangos no estabilizados generan malos olores y pueden provocar riesgo contra la salud pública. Actualmente, los procesos de gestión y evacuación de los fangos, además de conllevar elevados costes ambientales y económicos, no son capaces de eliminar la totalidad de dicho residuo por lo que la reducción de su volumen es de gran importancia para las EDARs y el medio ambiente. En este trabajo de investigación, se propone un novedoso proceso basado en el cultivo del nematodo Caenorhabditis elegans, que permite digerir a compuestos más simples y reducir las cantidades de fango generado. A su vez, la biomasa resultante (fango + nematodo) contiene materia grasa como un subproducto de gran interés económico. Cabe destacar que C. elegans es un organismo modelo muy utilizado como herramienta de estudio en el campo de la biomedicina; sin embargo, esta sería la primera aplicación industrial descrita para este nematodo de vida libre. Por tanto, se ha estudiado la viabilidad técnica del proceso propuesto y la influencia de diversos parámetros de operación en la cinética del crecimiento del nematodo y de la degradación del fango. Para ello, se ha cultivado el nematodo en placas de agar, matraces en orbital rotatorio y biorreactores de 1 L de capacidad útil. Los resultados obtenidos muestran que C. elegans es capaz de crecer alimentándose, exclusivamente, de fango como fuente de carbono. Además, se han realizado tres series experimentales en biorreactores manteniendo constantes todos los parámetros de operación excepto el correspondiente a cada serie: concentración inicial de fango, velocidad de suministro de aire y velocidad de agitación mecánica. Desde el punto de vista de la cinética del crecimiento, estas series han permitido determinar parámetros característicos como son la velocidad específica máxima de crecimiento (µm), la productividad en biomasa (P) y la velocidad específica máxima de muerte (µd) cuyos valores máximos obtenidos han sido 0,0827 h-1, 1.924 nem∙ml-1∙h-1 y -0,0397 h-1, respectivamente. A partir de los resultados experimentales obtenidos se han aplicado diferentes modelos matemáticos que han establecido la relación entre los parámetros cinéticos calculados y las variables de operación estudiadas en el biorreactor.   En las series experimentales desarrolladas en los biorreactores también se ha abordado la cinética de degradación del fango durante el cultivo de C. elegans, pudiendo distinguir tres fracciones: efluente global, agua tratada y biomasa (fango + nematodos). El estudio del comportamiento del fango durante los cultivos de C. elegans, se ha llevado a cabo mediante la determinación de los siguientes parámetros: carbono total, carbono orgánico total, carbono inorgánico, nitrógeno total y nitratos y nitritos (CT, COT, CI, NT y NN). Este estudio ha permitido calcular constantes de degradación, porcentajes de eliminación y rendimientos en las tres fracciones mencionadas. Los porcentajes máximos de reducción de materia orgánica, obtenidos en base al COT, han sido del 40,2% y el 73,1% para el efluente global y el agua tratada, respectivamente. También, se ha descrito la actividad nitrificante/desnitrificante del sistema. En consecuencia, se ha realizado una evaluación económica para estudiar la viabilidad del proceso a nivel industrial, basada en la materia grasa generada a partir del nematodo y el fango, cuya extracción podría proporcionar un subproducto de interés industrial para la producción de biodiésel, lubricantes o bioplásticos. Se ha determinado que entre el 5 y el 11% del peso seco del nematodo es materia grasa. Además, la biomasa extractada se puede transferir a posteriori al proceso de digestión anaerobia con el objetivo de generar gas metano y estabilizar el fango final. En conclusión, este trabajo ha permitido describir el funcionamiento del sistema “fango + nematodo” así como determinar las condiciones óptimas para el cultivo de C. elegans en biorreactores, desde el punto de vista de la cinética del crecimiento, la degradación del fango y el contenido en materia grasa. Finalmente, el bioproceso propuesto en este trabajo de investigación constituye un nuevo subproceso que podría ser integrado en el tratamiento de las aguas residuales urbanas en las EDARS del futuro.