Removal of α-pinene from waste gases in one- and two-liquid-phase stirred tank bioreactors and biotrickling filters

Resumen

Cada año, los países industrializados generan miles de millones de toneladas de contaminantes que son emitidos a la atmósfera, ocasionando alteraciones en la estructura y el funcionamiento de los ecosistemas. La necesidad de vigilar las concentraciones de dichas emisiones deriva fundamentalmente de su toxicidad, de la formación de reacciones fotoquímicas, y de su importancia como precursores de aerosoles. Una alternativa para el tratamiento de efluentes gaseosos, previamente a su liberación a la atmósfera, es el empleo de sistemas biológicos en los que cultivos de microorganismos son seleccionados específicamente para biodegradar contaminantes. Dichos sistemas presentan elevadas eficacias de eliminación asociadas a bajos costes de operación, lo que los convierte en opciones ideales para el control y el tratamiento de emisiones atmosféricas. El objetivo principal de esta investigación es el desarrollo y la optimización de biorreactores aptos para realizar de manera eficiente la biodegradación del α-pineno, que se encuentra fundamentalmente en efluentes gaseosos de industrias de la madera y de la producción de pasta y papel. Inicialmente, en el capítulo 1 se resumen los diversos sistemas físico-químicos y biológicos para la eliminación de compuestos orgánicos volátiles, así como sus ventajas e inconvenientes. El capítulo 2 incluye una revisión de las propiedades químicas básicas del α -pineno, así como una visión general sobre diversos estudios publicados basados en su eliminación. Los materiales y los métodos utilizados para la determinación de los distintos parámetros durante la realización de este trabajo se presentan en el capítulo 3. En los capítulos siguientes se presentan los diseños experimentales llevados a cabo para la optimización de los biorreactores para la eliminación de α-pineno, junto con los resultados obtenidos. En el capítulo 4, dos filtros percoladores alimentados con aire contaminado de α- pineno fueron inoculados a diferentes temperaturas con un hongo de la especie Ophiostoma. El rendimiento fue evaluado en presencia de una fase acuosa y de dos fases liquidas inmiscibles, utilizando aceite de silicona como fase orgánica. Paralelamente, se realizó un estudio similar utilizando otro tipo de biorreactor, un tanque agitado, inoculado con un cocultivo bacteriano, cuyos resultados se describen en los capítulos 5 y 6. Dada la baja solubilidad del α-pineno en agua, y tras la eficacia observada en la eliminación de α-pineno en presencia de una fase liquida inmiscible, una nueva configuración fue llevada a cabo utilizando como fase de atrapamiento un polímero inerte en lugar de una fase orgánica. En el capítulo 7 se describen los ensayos realizados para la selección de dicho polímero, entre los que se incluyen la determinación del coeficiente de partición y difusión, y la biodegradabilidad. En los capítulos sucesivos (8, 9 y 10) se evaluó la capacidad de usar un polímero inerte para la biodegradación de α-pineno, tanto en un tanque agitado como en un filtro percolador, y la influencia de la temperatura en el proceso. Finalmente, se incluye una sección que proporciona algunas conclusiones y recomendaciones para investigaciones futuras. La investigación descrita en esta tesis ayuda a entender mejor los procesos fundamentales que tienen lugar en un proceso biotecnológico para la eliminación de α-pineno. En comparación con las tecnologías físico-químicas convencionales, es de esperar que este nuevo proceso conduzca a un ahorro sustancial en el consumo de energía y reactivos.