Comunicades microbianas presentes en reactoresanaerobios a escala real:un abordaje multidiciplinaren el tratamiento de efluente lácteo y vinasa

Abstract

La digestión anaerobia (DA) es una biotecnología que tiene por objetivo la degradación de materia orgánica y la producción de metano. El proceso es llevado a cabo por un consorcio de microorganismos anaerobios. La DA ha tenido un gran impacto en el tratamiento de aguas residuales con alto contenido en materia orgánica y residuos urbanos, ya que además de tratar el efluente se obtiene energía. En nuestro país se está aplicando esta tecnología en algunas industrias dentro del sector lácteo y de bebidas, entre otros. Si bien la DA es una tecnología consolidada y con gran aplicación, aún se conoce poco la microbiología de estos sistemas en escala real y en particular hay muy pocos estudios de la microbiología de reactores durante su período de arranque. Aprovechando la instalación y puesta en marcha de dos reactores anaerobios en industrias de nuestro país surge esta tesis, en la cual se planteó entre otros objetivos, conocer la dinámica de las comunidades microbianas presentes en dos reactores UASB a escala real durante el período de arranque. Ambos reactores fueron inoculados con lodos provenientes de una laguna anaerobia, uno de ellos trató vinaza, generada en la producción de bioetanol a partir de caña de azúcar y el otro efluente lácteo, rico en grasas. Se estudió la comunidad microbiana en muestras de biomasa colectadas durante aproximadamente un año. Se realizaron análisis fisicoquímicos y se analizó la comunidad microbiana por secuenciación masiva el gen del rARN de 16S procariota. Para estudiar la evolución de la población metanogénica se realizaron actividades metanogénicas y se cuantificó por PCR cuantitativo el gen del rARN de 16S de arqueas y el gen mcrA, un gen funcional marcador de la metanogénesis. Los resultados muestran que en términos generales el efecto del tipo de efluente sobre la selección de los grupos de microorganismos -que luego se volvieron dominantes- fue el fenómeno más evidente. En lo que respecta a los consorcios bacterianos, en ambos reactores dominaron los mismos filos, aunque en distintas proporciones. Los filos Chloroflexi, Firmicutes, Proteobacteria, Synergistetes y Verrucomicrobia, junto con el cand. phyl, Hyd 24-12 fueron los grupos dominantes luego de la adaptación al efluente lácteo. Los Clostridiales fueron un grupo resistente y los Synergistetes fueron un grupo resiliente frente a una perturbación fuerte en el pH del reactor que trató efluente lácteo. En el reactor de vinaza los filos Firmicutes, cand. phyl. Hyd 24-12 y Verrucomicrobia demostraron ser resistentes a la vinaza y a las cargas orgánicas aplicadas. Por otra parte, la detención de la alimentación del reactor durante dos períodos de aproximadamente cinco meses no afectó a la comunidad microbiana que permaneció en un estado de latencia. Otro objetivo de esta tesis fue determinar cuáles son los grupos de metanogénicos predominantes en reactores a escala real. Este objetivo se fijó para revisar un postulado en la DA en el cual se estableció que el 70 % de la metanogénesis ocurre por la vía acetoclástica y el 30 % por el consumo de H2 y CO2. Aunque, datos preliminares de actividades viii metanogénicas realizadas en algunos reactores nacionales sugerían lo contrario. En esta parte, se analizaron dos reactores UASB a escala real de la industria láctea, uno de los cuales se encontraba durante su etapa de arranque y el otro durante su 8vo año de operación estable. Se colectaron muestras de biomasa durante aproximadamente un año y se cuantificaron los diferentes grupos de metanogénicos mediante PCR cuantitativo utilizando primers y sondas específicos para el gen del rARN de 16S de los diferentes grupos. Además se realizaron ensayos de actividad metanogénica a partir de acetato y a partir de H2 y CO2. Los resultados moleculares mostraron que las arqueas hidrogenotróficas fueron las dominantes. Estos resultados fueron concordantes con los resultados de las actividades metanogéncias que muestran una mayor actividad hidrogenotrófica. Los Methanobacteriales fueron el orden hidrogenotrófico dominante, seguido del orden Methanosarcinales. Si bien esto no es una demostración que pueda generalizarse a todos los reactores a escala real, es evidencia de que la dominancia de los acetoclásticos no sería un paradigma sino que se cumpliría en determinadas condiciones ambientales. Conocer las dinámicas de las comunidades microbianas durante períodos tan particulares como la etapa arranque brinda herramientas para poder mejorar dichos tiempos. Esto a su vez impacta en la reducción de costos y por lo tanto en la competitividad económica de la digestión anaerobia frente a otras tecnologías de tratamiento de residuos. Finalmente, los hallazgos de este trabajo fueron fruto del estudio integrando de la Ingeniería y la Microbiología, aplicado a los reactores. Esta tesis profundizó el entendimiento entre las dos áreas del conocimiento, empleando un seguimiento sistemático y a escalas rea