Análisis de las condiciones de operación de una planta de tratamiento de aguas residuales para determinar la influencia en la producción de bioplásticos

Abstract

Polyhydroxyalkanoates (PHAs) are biopolyesters synthesized intracellularly by some microorganisms as carbon and energy reserves. Once these are removed from the cell, they have very similar physical properties to plastics derived from petroleum, with the advantage that they are biodegradable. These in recent years have been analyzed as they can be produced through biotechnological processes, including biological reactors of wastewater treatment plants (WWTP), in order to replace synthetic plastics. The main disadvantage of PHAs is the high production costs, since generally these biotechnological processes are based on the use of pure cultures, increasing the costs derived from the cost of the carbon source, and the equipment and associated costs necessary to control the operation of these processes. The use of organic matter present in wastewater as a raw material for the production of bioplastics can help reduce production costs, since the microorganisms in the biological reactors of the WWTP are capable of producing PHA. In this work, the conditions under which these bioplastics have been produced are analyzed, as well as the production yield, to later search for the optimal conditions of the operating parameters of the WWTP that allow maximizing the accumulation of PHA in the microorganisms present in the biological activated sludge reactor. This analysis is important since by improving the production of bioplastics, costs could be lowered, which would allow these processes to be scaled up and reduce contamination by plastics while removing contaminants from wastewater in WWTP.

Los polihidroxialcanoatos (PHA) son biopoliésteres sintetizados intracelularmente por algunos microorganismos como reserva de carbono y energía. Una vez que estos son extraídos de la célula, presentan propiedades físicas muy similares a los plásticos derivados del petróleo, con la ventaja que son biodegradables. Estos en los últimos años se ha analizado como pueden ser producidos por medio de procesos biotecnológicos, entre ellos los reactores biológicos de las plantas de tratamiento de aguas residuales (PTAR), con objeto de sustituir los plásticos sintéticos. La principal desventaja de los PHA son los altos costos de producción, ya que generalmente estos procesos biotecnológicos se basan en la utilización de cultivos puros, incrementando los costos derivados del costo de la fuente de carbono, y del equipo y costos asociados necesario al control de la operación de dichos procesos. La utilización de la materia orgánica presente en el agua residual, como materia prima para la producción de bioplásticos puede contribuir a reducir los costos de producción, ya que los microorganismos de los reactores biológicos de las PTAR son capaces de producir PHA. En este trabajo se analizan las condiciones bajo las que se han producido estos bioplásticos, así como el rendimiento de producción, para posteriormente buscar las condiciones óptimas de los parámetros de operación de las PTAR que permitan maximizar la acumulación de PHA en los microorganismos presentes en el reactor biológico de lodos activados. Este análisis resulta importante ya que al mejorarse la producción de bioplásticos se podrían bajar costos, que permitirían escalar estos procesos y reducir la contaminación por plásticos al mismo tiempo que se remueven los contaminantes de las aguas residuales en las PTAR.