Com a resultat de les activitats humanes, la contaminació deguda a productes
químics alliberats al medi s’ha convertit en un problema global, essent una
amenaça real per a l’activitat humana. La contaminació pot afectar qualsevol
compartiment de l’ecosistema. Els hidrocarburs derivats del petroli, on s’inclouen
els hidrocarburs policíclics aromàtics (HAPs), són contaminants que afecten de
manera particular el sòl. Actualment existeixen diverses tècniques per a la
restauració d’emplaçaments contaminats, inclosa la bioremediació. La
micorremediació, àrea de coneixement en què s’emmarca la tesi, ha guanyat
atenció en els últims anys ja que és una tècnica ambientalment respectuosa.
Aquest treball presenta els resultats de les investigacions prèvies al
desenvolupament d’un tractament de bioremediació de sols contaminats per
hidrocarburs policíclics aromàtics mitjançant el fong ligninolític Trametes
versicolor. Els resultats de l’esmentada investigació es presenten en tres apartats
diferenciats.
El primer es centra en la producció de biomassa del fong per a posteriors
aplicacions en processos de bioremediació. Es divideix en dues seccions:
• La primera es basa en la producció de biomassa en cultiu submergit. Els
experiments es van centrar en formular un medi definit de cultiu de baix
cost que permetés obtenir nivells elevats de biomassa, en la morfologia
desitjada (pellets). El reactor fluïditzat per polsos d’aire amb control de pH
va resultar ser el més adequat. La producció s’escalà a un bioreactor de 10
litres.
• La segona secció analitza la colonització del fong sobre suports
lignocel·lulòsics provinents de residus agrícoles per a posterior aplicació
en el sòl. La selecció dels millors substrats per a la colonització es va basar
en el nivell de biomassa (ergosterol), la producció de lacasa i la capacitat
de degradar naproxè en 24 hores. Es va demostrar que el fong era capaç de
colonitzar el sòl tant en condicions estèrils com en no estèrils mantenint,
en tot cas, la capacitat degradativa.
El segon apartat es centra en la degradació d’hidrocarburs policíclics aromàtics
pel fong. Es divideix en tres seccions:
• La primera es basa en la selecció d’un surfactant per a la degradació de
HAPs en medi líquid, essent el millor el surfactant no iònic Tween 80. Es
va poder demostrar la capacitat degradativa de diversos HAPs en medi
líquid; tant en experiment per separat com en mescles. Així mateix, també
es va demostrar que en les condicions de cultiu l’enzim lacasa podia
degradar alguns dels compostos.
• La segona secció fa referència a la identificació de productes intermediàris
de degradació d’HAPs. També es va estudiar la capacitat de degradació
d’aquests intermediaris per part del fong.
• En la tercera secció es van provar diferents sistemes de degradació en sòl,
on el bioslurry es presenta com el més efectiu en termes d’eficàcia de
degradació. Es va poder comprovar que en les biopiles airejades el fong va
tenir problemes derivats del rang termofílic assolit.
El darrer apartat es basa en la degradació dels HAPs de la creosota. Es divideix en
dues seccions:
• La primera es centra en la degradació dels HAPs de la fracció aromàtica de
la creosota. Es van estudiar diferents sistemes i es va determinar que el
fong era més eficient en degradació en biopiles. En cultius submergits,
medi líquid i slurry, el fong era efectiu en la degradació d’HAPs de baix
pes molecular però no en aquells d’alt pes molecular. Es va observar
l’efecte inhibitori sobre Trametes tant dels compostos addicionals afegits
junt amb la creosota com en augmentar la concentració de HAPs. !
• La segona secció és fruit de la col·laboració amb el Laboratori de
Biotecnologia Ambiental de l’Institut de Microbiologia de l’Acadèmia de
les Ciències de la República Txeca de Praga. S’estudià l’efecte de la
interacció del fong amb la població microbiana del sòl durant processos
de bioremediació d’HAPs en sòl.!
El treball experimental s’ha dut a terme en el “Grup de degradació de
contaminants industrials i valorització de residus” del Departament d’Enginyeria
Química de la UAB. L’objectiu general de recerca del grup és el
desenvolupament de processos biotecnològics per a degradar compostos
xenobiòtics difícilment degradables per tractaments convencionals. / Como consecuencia de las actividades humanas, la contaminación debida a
productos químicos liberados en el medio se ha convertido en un problema
global, siendo una amenaza real para la actividad y la salud de los seres vivos. La
contaminación puede afectar a cualquier compartimento del ecosistema.
Concretamente, los hidrocarburos derivados del petróleo son contaminantes que
afectan de manera particular al suelo, entre los cuales destacan los hidrocarburos
policíclicos aromáticos (HPAs). Actualmente existen diversas técnicas para la
restauración de emplazamientos contaminados por estos compuestos. Cabe
destacar que en los últimos años la comunidad científica ha centrado
especialmente los esfuerzos en el campo de la micorremediación (área de
conocimiento donde se enmarca la presente tesis) dado que se trata de una
técnica ambientalmente respetuosa.
El trabajo presenta los resultados de las investigaciones previas al desarrollo de un
tratamiento de bioremediación de suelos contaminados por hidrocarburos
policíclicos aromáticos mediante el hongo ligninolítico Trametes versicolor. Los
resultados de la mencionada investigación se presentan en tres apartados
diferenciados.
El primero se centra en la producción de biomasa del hongo para posteriores
aplicaciones en procesos de bioremediación. Se divide en dos secciones:
• La primera se basa en la producción de biomasa en cultivo sumergido. Los
experimentos se centraron en formular un medio de cultivo definido de
bajo coste que permitiera obtener niveles elevados de biomasa, en la
morfología deseada (pellets). El reactor fluidizado por pulsos de aire con
control de pH resultó ser el más adecuado. La producción se escaló a un
bioreactor de 10 litros.
• La segunda sección analiza la colonización del hongo sobre soportes
lignocelulósicos provenientes de residuos agrícolas para posterior
aplicación en el suelo. La selección de los mejores sustratos para la
colonización se basó en el nivel de biomasa (ergosterol), la producción de
lacasa y la capacidad de degradar naproxeno en 24 horas. Se demostró
que el hongo era capaz de colonizar el suelo tanto en condiciones estériles como no estériles manteniendo, en todo caso, la capacidad
degradativa.
El segundo apartado se centra en la degradación de hidrocarburos policíclicos
aromáticos por el hongo. Se divide en tres secciones:
• La primera se basa en la selección de un surfactante para la degradación
de HPAs en medio líquido, siendo el surfactante no iónico Tween 80
aquel que dio mejores resultados. Se pudo demostrar la capacidad
degradativa de diversos HPAs en medio líquido; tanto en experimentos por
separado como en mezclas. Asimismo, también se demostró que en las
condiciones de cultivo la enzima lacasa podía degradar algunos de los
compuestos.
• La segunda sección hace referencia a la identificación de productos
intermediarios de degradación de HPAs. También se estudió la capacidad
de degradación de estos intermediarios por parte del hongo.
• En la tercera sección se probaron diferentes sistemas de degradación en
suelos, donde el bioslurry resultó el más efectivo en términos de eficacia
de degradación. Se pudo comprobar que en las biopilas aireadas el hongo
tuvo problemas derivados del rango termofílico alcanzado.
El último apartado se basa en la degradación de los HPAs de la creosota. Se
divide en dos secciones:
• La primera se centra en la degradación de los HPAs de la fracción
aromática de la creosota. Se estudiaron diferentes sistemas y se determinó
que el hongo era más eficiente en degradación en las biopilas. En cultivos
sumergidos, medio líquido y slurry, el hongo era efectivo en la
degradación de HPAs de bajo peso molecular pero no en aquellos de alto
peso molecular. Se observó el efecto inhibitorio sobre Trametes versicolor
tanto de los compuestos adicionales añadidos junto con la creosota como
al aumentar la concentración de HPAs.
• La segunda sección es fruto de la colaboración con el Laboratorio de
Biotecnología Ambiental del Instituto de Microbiología de la Academia de
las Ciencias de la República Checa en Praga. Se estudió el efecto de la
interacción del hongo con la población microbiana del suelo durante
procesos de bioremediación de HPAs en suelos.
El trabajo experimental se ha llevado a cabo en el "Grupo de degradación de
contaminantes industriales y valorización de residuos" del Departamento de
Ingeniería Química de la UAB. El objetivo general de investigación del grupo es
el desarrollo de procesos biotecnológicos para degradar compuestos xenobióticos
difícilmente degradables mediante tratamientos convencionales. / As a result of human activities pollution aroused as a global concern due to
improper release of chemicals into the environment. Contamination represents a
real threat to humans and can affect any ecosystem compartment. Petroleum
hydrocarbons affect typically soil, including polycyclic aromatic hydrocarbons
(PAHs). Several conventional clean-up techniques are available for site
restoration, including bioremediation. Mycoremediation, attained interest in the
last decades as it is assumed to be an environmental-friendly technique.
This work shows the results of the basic research previous to the development of a
polycyclic aromatic hydrocarbons polluted soil bioremediation treatment by
means of the white rot fungus Trametes versicolor. The results of the mentioned
research are presented in three differentiated sections.
The first section focuses on the fungal biomass production for posterior
applications in bioremediation processes. It is divided into two subsections:
• The first part focuses on biomass production of in submerged cultures. The
experiments were aimed at formulating a low-cost defined medium to
obtain high amounts of biomass, in the preferred morphology (pellets). The
air-pulsed fluidized bioreactors equipped with pH control were the most
appropriate. The production was scaled-up to a 10 liters bioreactor.
• The second part analyzes the fungal colonization of lignocellulosic
supports for further application in soil. The selection of the optimal
substrate for colonization based on active biomass amounts, laccase
production and the capacity to degrade naproxene in 24 hours. It was
demonstrated that the fungus was capable of colonizing soil both under
sterile and non-sterile conditions maintaining, in any case, the degradative
capacity.
The second section focuses on the fungal ability to degrade polycyclic aromatic
hydrocarbons. It is ddivided into three subsections:
• The first part focuses on the selection of an optimal surfactant for PAHs
degradation in liquid medium, obtaining the best results with the non-ionic
surfactant Tween 80. The degradation of several PAHs by T. versicolor in
liquid medium was demonstrated; both in individual-PAHs experiment as well as in PAHs-mixtures. Likewise, it was also demonstrated that under
culture conditions laccase might degrade some of the studied compounds.
• The second section includes the identification of PAHs metabolites arising
from degradation. The fungal degradation capacity of these intermediates
was also examined.
• In the third section different degradation systems of were tested for soil
treatment, the bioslurry resulted as the most effective in terms of
degradation efficiency. It was checked out that in aerated biopiles, the
fungus had problems derived from attaining termophilic ranges.
The last section deals with the creosote-PAHs degradation. It is divided into two
subsections:
• The first part focuses on the fungal PAHs-degradation of the creosote
aromatic fraction. Different systems were studied and it was determined
that the fungus was more efficient at degrading PAHs in biopiles approach.
In submerged cultures, liquid medium and slurry, the fungus was effective
at degrading low-molecular-weight PAHs but not those of high-molecularweight.
It was also observed inhibitory effects on Trametes due to the
additional compounds present in creosote as well as when increasing the
total PAHs concentration.
• The second section is a result of the collaboration with the Laboratory of
Environmental Biotechnology in the Institute of Microbiology, which
belongs to the Academy of Sciences of the Czech Republic (Prague). The
effect on PAHs removal during the interaction between soil microbial
population and white-rot fungi during soil bioremediation processes was
studied.
The experiments have been carried out in the "Group of degradation of industrial
pollutants and valuation of waste" from the Department of Chemical Engineering
in the UAB. The main research motivation of the group is to develop specific
biotechnological processes to degrade xenobiotic compounds that are scarcely
degraded by conventional treatments.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:TDX_UAB/oai:www.tdx.cat:10803/83950 |
| Date | 21 January 2012 |
| Creators | Borràs Camps, Eduard |
| Contributors | Caminal i Saperas, Gloria, Sarrà i Adroguer, Montserrat, Universitat Autònoma de Barcelona. Departament d'Enginyeria Química |
| Publisher | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Source Sets | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Language | English |
| Detected Language | Spanish |
| Type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
| Format | 263 p., application/pdf |
| Source | TDX (Tesis Doctorals en Xarxa) |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess, ADVERTIMENT. L'accés als continguts d'aquesta tesi doctoral i la seva utilització ha de respectar els drets de la persona autora. Pot ser utilitzada per a consulta o estudi personal, així com en activitats o materials d'investigació i docència en els termes establerts a l'art. 32 del Text Refós de la Llei de Propietat Intel·lectual (RDL 1/1996). Per altres utilitzacions es requereix l'autorització prèvia i expressa de la persona autora. En qualsevol cas, en la utilització dels seus continguts caldrà indicar de forma clara el nom i cognoms de la persona autora i el títol de la tesi doctoral. No s'autoritza la seva reproducció o altres formes d'explotació efectuades amb finalitats de lucre ni la seva comunicació pública des d'un lloc aliè al servei TDX. Tampoc s'autoritza la presentació del seu contingut en una finestra o marc aliè a TDX (framing). Aquesta reserva de drets afecta tant als continguts de la tesi com als seus resums i índexs. |
Page generated in 0.0038 seconds