Resumen

Gran cantidad de Contaminantes Orgánicos Persistentes (COP), entre ellos los fenoles, se detectan cada vez más en numerosas matrices ambientales, incluida el agua. Pese a que en la actualidad ya se cuenta con algunas tecnologías para la eliminación de dichos compuestos en el tratamiento de aguas residuales, estos procesos tienen la principal desventaja de no ser amigables con el medio ambiente, debido a su alto consumo de energía, así como por la simple transferencia de los contaminantes a otra matriz. Una solución a esto es usar microorganismos como la combinación de levaduras, Cryptococcus albidus (JS-B1, JS-B3), Candida guilliermondii (JS-B2) y Candida tropicalis (JS-B4, JS-B5), que además tienen capacidad ligninolítica, para degradar mezclas de fenoles como potencial tratamiento de agua residual industrial. Debido a que es una innovación tecnológica, se probaron las levaduras en un sistema de agua residual sintética bajo condiciones controladas de pH y temperatura. Para ello, primero se verificó el crecimiento de las levaduras en medios fúngicos comunes conteniendo Fenol (F), Pentaclorofenol (PCF), p-Nitrofenol (PNF), Nonilfenol (NF) y Bisfenol A (BFA), así mismo se midió la Concentración Mínima Inhibitoria (CMI) de cada uno de los contaminantes y se confirmó la capacidad de utilizar a los fenoles, antes mencionados, como única fuente de carbono empleando medio mínimo M9 sin glucosa. Por otra parte, se seleccionaron las mejores mezclas de levaduras para degradar las combinaciones de fenoles utilizando un medio sólido, en placa, sin fuente de carbono, para posteriormente evaluar los porcentajes y el tiempo de degradación de los fenoles en agua sintética a diferentes temperaturas (15°C, 20°C, 25°C, 30°C, 35°C) y pH (5, 6, 7, 8, 9) utilizando las mezclas de levaduras seleccionadas. De acuerdo con los resultados anteriores, se evaluó la degradación de fenoles usando la combinación de cepas más eficiente en un biorreactor Batch de 5 L, empleando un volumen final de 3 L, con la temperatura y pH óptimos. Por último, se analizaron los subproductos generados por la degradación de los cinco fenoles a lo largo del tiempo mediante HPLC-HRMS/MS utilizando un espectrómetro de masas Q Exactive. Como resultado, todas las cepas de levadura crecieron en un medio rico soportando concentraciones de 1100 a 1200 mg L-1 de F, 50 mg L-1 de PCF, 200 mg L-1 de PNF, más de 10000 mg L-1 de NF y 550 a 600 mg L-1 de BFA. Se determinó que los fenoles pueden ser usados como única fuente de carbono por las cinco cepas de levadura. Así mismo, se estableció que las mejores combinaciones de levaduras para degradar la mezcla de los cinco fenoles estudiados, de acuerdo con su crecimiento en placa, son la que contiene las cepas JS-B1, JS-B2, JS-B4 y JS-B5 y el consorcio de las cinco levaduras. Además, dependiendo de las condiciones de temperatura y pH, se obtuvieron resultados de degradación del 81% de F, 61% de PCF y 77% de NF y BFA, durante un periodo de 36 horas, a pequeña escala. Mientras que, en el biorreactor los valores de degradación de cada uno de los contaminantes alcanzaron el 80% de F, 53% de PCF, 72% de NF y BFA, así como 20% de PNF, a partir de las 42 horas. Derivada de esto, los subproductos que se encontraron durante la degradación de la mezcla de fenoles fueron, Catecol, bmse000593, bifenil-3,4"-diol, bmse000265, E-anol y Cordyol E. Por tanto, de acuerdo con los resultados obtenidos, las mezclas de levaduras propuestas tienen la capacidad de soportar y degradar combinaciones de fenoles en el tratamiento de aguas residuales.  

Abstract

Various Persistent Organic Pollutants (POPs), including phenols, are increasingly detected in many environmental matrices, comprise water. Although some technologies are already available for the removal of these compounds in wastewater treatment, these processes have the major disadvantage of not being environmentally friendly due to their high energy consumption, as well as the simple transfer of the pollutants to another matrix. A solution is to use microorganisms such as the combination of yeasts, Cryptococcus albidus (JS-B1, JS-B3), Candida guilliermondii (JS-B2) and Candida tropicalis (JS-B4, JS-B5), which also have ligninolytic capacity, to degrade mixtures of phenols as a potential industrial wastewater treatment. Since it is a technological innovation, the yeasts were tested in a synthetic wastewater system under controlled pH and temperature conditions. For this, first the yeasts growth was verified in common fungal media containing Phenol (P), Pentachlorophenol (PCP), p-Nitrophenol (PNP), Nonylphenol (NP) and Bisphenol A (BPA), also the Minimum Inhibitory Concentration (MIC) of each of the contaminants was measured and the capacity to use these phenols as the sole carbon source was confirmed using M9 minimum medium without glucose. Moreover, the best yeast mixtures were selected to degrade the combinations of phenols using a solid medium, in plate, without carbon source, to subsequently evaluate the percentages and degradation time of phenols in synthetic water at different temperatures (15°C, 20°C, 25°C, 30°C, 35°C) and pH (5, 6, 7, 8, 9) using the selected yeast mixtures. According to the previous results, the degradation of phenols was evaluated using the most efficient combination of strains in a 5 L Batch bioreactor, employing a final volume of 3 L, with the optimum temperature and pH. Finally, the by-products generated by the degradation of the five phenols over time were analyzed by HPLC-HRMS/MS using a Q Exactive mass spectrometer. As a result, all yeast strains grew in a rich medium supporting concentrations of 1100 to 1200 mg L-1 of P, 50 mg L-1 of PCP, 200 mg L-1 of PNP, more than 10000 mg L-1 of NP and 550 to 600 mg L-1 of BPA. It was determined that phenols can be used as the sole carbon source by the five yeast strains. Furthermore, it was established that the best combinations of yeasts to degrade the mixture of phenols, according to their plate growth, are the one containing strains JS-B1, JS-B2, JS-B4 and JS-B5 and the consortium of the five yeasts. Moreover, depending on the temperature and pH conditions, degradation results of 81% of P, 61% of PCP and 77% of NP and BPA were obtained over a period of 36 hours, on a small scale. While, in the bioreactor the degradation values of each of the pollutants reached 80% of P, 53% of PCP, 72% of NP and BPA, as well as 20% of PNP, from 42 hours onwards. Derived from this, the by-products found during the degradation of the phenols mixture were, Catechol, bmse000593, biphenyl-3,4"-diol, bmse000265, E-anol and Cordyol E. Therefore, according to the results obtained, the proposed yeasts mixtures have the ability to support and degrade combinations of phenols in wastewater treatment.

Palabras clave: Contaminantes Orgánicos Persistentes, Fenoles, Levaduras, Agua residual.

El acceso a esta tesis es restringido.

Pihen Martínez, V. 2023. Degradación de contaminantes orgánicos persistentes en agua mediante levaduras ligninolíticas. Tesis Doctorado. Ciencias del Agua. Departamento de Ingeniería Civil, Escuela de Ingeniería, Universidad de las Américas Puebla. Diciembre. Derechos Reservados © 2023.