Estudio y aplicación de lodos biológicos de origen industrial para la biorremediación de hidrocarburos: análisis de las comunidades microbianas y de los bioprocesos degradativos involucrados en la eliminación del diésel

A pesar del crecimiento de las energías renovables, el petróleo y el gas natural continúan siendo las principales fuentes de energía a nivel global, representando cerca del 80% del consumo total. Las actividades asociadas a su extracción, refinación y transporte generan grandes volúmenes de residuos contaminantes, siendo los hidrocarburos (HC) una de las principales causas de contaminación de suelos y aguas. En particular, el diésel representa un contaminante frecuente debido a su uso extendido en múltiples sectores. Frente a esta problemática, la biorremediación —un proceso basado en el uso del metabolismo microbiano para degradar contaminantes— se posiciona como una alternativa eficiente, económica y sustentable frente a los métodos físico-químicos tradicionales. Esta puede implementarse mediante bioestimulación o bioaumentación, siendo esta última especialmente útil cuando las comunidades microbianas nativas no presentan capacidad degradadora suficiente. En esta Tesis se estudió la aplicabilidad de lodos residuales de alta carga bacteriológica, provenientes de digestores anaeróbicos, para la biorremediación de hidrocarburos del diésel. Precedidos por una detallada explicación de la metodología experimental, los resultados obtenidos permitieron analizar cambios en la eficiencia de biodegradación, como así también de la actividad metabólica y estructura de la comunidad microbiana bajo distintas condiciones operativas, origen del inóculo y sistema de escalado. Durante los años de trabajo de doctorado se destinó un gran esfuerzo al diseño y mejora de los sistemas experimentales, al mismo tiempo que a la incorporación de herramientas de química analítica, microbiología, biología molecular y bioinformática. Con un primer estudio que buscó evaluar la capacidad del consorcio microbiano del lodo para degradar diésel comercial en medio líquido. Los resultados fueron satisfactorios, respaldando la formulación de las hipótesis y la presentación del plan de Tesis doctoral. La separación entre la fase acuosa (medio con microorganismos) y orgánica (diésel comercial en fase libre) obligó a un replanteo experimental. Para sortear este efecto, se comenzaron a realizar ensayos en peceras de unos 3 litros, llenas de arena saturada de humedad por el agregado del lodo, pero sin líquido libre en la superficie. Estos cambios incrementaron notablemente la eficiencia de degradación. El resultado de estas modificaciones, luego de varios intentos e iteraciones, fueron plasmados en la construcción de sistemas a escala piloto de aproximadamente 200 litros. Paralelamente, y para poder estudiar simultáneamente múltiples variables, se procedió a reducir la escala, llevándola nuevamente al laboratorio. Se emplearon así tubos estériles de polipropileno de 50 ml, rellenos de arena sin saturación de fase líquida libre. El uso de arena permitió resultados semejantes con una manipulación mucho más simple. Para poder llevar adelante mediciones periódicas, cada determinación se llevó a cabo a partir del contenido total de un tubo reactor. De esta forma, una misma condición bajo estudio involucró muchas unidades individuales preparadas de idéntica manera. Al momento de realizar un análisis, un tubo del set era retirado al azar y utilizado para tal fin, mientras sus idénticos continuaban el ensayo hasta que les tocase su turno. Todo este recorrido, permitió obtener un sistema experimental robusto y óptimo para el seguimiento de la degradación de los hidrocarburos bajo distintas condiciones y en forma simultánea, resolviendo la complejidad del muestreo estadístico de un gran reactor voluminoso. Estos sistemas permitieron, entre otras cosas, verificar la capacidad de degradación de diésel de 5 inóculos provenientes de diversos biodigestores. La caracterización de la estructura de la comunidad bacteriana y sus modificaciones brindaron un remarcable fortalecimiento de las discusiones y conclusiones obtenidas.