Seleção de culturas mistas em reatores SBR para produção de PHA

Abstract

A depleção das reservas de petróleo associada às limitações ambientais dos plásticos provenientes de fontes não renováveis levou a comunidade científica a procurar alternativas ambientalmente mais favoráveis. Os polihidroxialcanoatos (PHAs) são polímeros produzidos por microrganismos e completamente biodegradáveis. Com propriedades semelhantes aos poliésteres sintéticos, os PHAs surgem no contexto como uma das alternativas mais promissoras aos plásticos ditos convencionais. No entanto a produção destes biopolímeros a nível industrial ainda não é economicamente competitiva face aos baixos custos de produção de polímeros sintéticos, já que é necessário o uso de culturas puras e substratos dispendiosos. A produção de PHAs através de culturas mistas e efluentes industriais é uma solução que vem reduzir os custos comparativamente à produção de PHAs através de culturas puras e permite igualmente a valorização de resíduo indesejado. Contudo é necessário haver uma etapa de acidificação do substrato com vista à produção de ácidos orgânicos voláteis (AOVs) e uma seleção de culturas Neste trabalho foi desenvolvido um sistema de produção de PHAs utilizando como substrato soro de queijo acidificado e lamas ativadas provenientes de uma ETAR urbana e uma ETEI, com especial incidência no processo de enriquecimento da cultura mista em reatores descontínuos sequenciais (SBRs). Diferentes condições foram aplicadas aos reatores SBRs, variando a carga orgânica (1,4-3 gCQO/L.d), rácio de carbono/azoto (C/N) (14/5) presente no meio e o teor de AOVs no substrato (40-88% em base CQO). Após o processo de seleção foram realizados ensaios em batch para acumulação de polímero, testando o efeito do aumento da carga orgânica, o controlo do pH e a precipitação das proteínas do soro acidificado. As condições testadas em SBRs permitiram o enriquecimento das lamas ativadas em organismos produtores de PHA. Em ensaios batch obteve-se uma taxa máxima de acumulação de PHA de 54% (molPHA/molSSV) o que se traduziu numa produção de 45,79 CmmolPHA/L. O controlo de pH para 9 na fase de acumulação conduziu a um aumento no rendimento de conversão de AOVs a PHA (0,84 CmolPHA/CmolAOVs). Foi demonstrado que o soro de queijo é uma fonte de carbono viável para a produção de AOVs com vista à produção de PHAs.

The depletion of oil reserves associated to the non-biodegradability of oilbased plastics has led scientific community to seek new alternatives more environmental-friendly. Polyhrydoxyalkanoates (PHAs) are a group of full biodegradable polymers produce by several microorganisms as a carbon source. With similar proprieties to synthetic polyesters, PHAs are promising alternatives to conventional plastics, although the production of these biopolymers at industrial level is not yet economically competitive with the low production costs of synthetic polymers, since it is necessary to use pure cultures and expensive substrates. PHA production using mixed cultures and low cost substrates as industrial wastewaters is a solution that has lower costs compared to the production of PHAs using pure cultures, and also allows the recovery of unwanted residue. However, it is necessary to have a step of acidification of the substrate in order to produce volatile fatty acids (AOVs) and an enrichment of the mixed cultures in PHA producing microorganisms. In this study it was developed an enrichment of mixed cultures step and an accumulation step in order to produce PHA using fermented cheese whey as substrate and active sludge’s from a wastewater treatment plant, with special focus on the selection of mixed cultures using sequential batch reactors (SBR). Different conditions were applied to the SBRs, varying the organic load rate (1,3-3 gCQO/L.d), Carbon/Nitrogen rate (14-5) and the content of AOVs in the substrate (30-70%). Batch test were also carried to test PHA accumulation of the culture. The conditions tested allowed enriching the mixed cultures with microorganism’s producers of PHA. The cultures were able to accumulate a maximum of 54% (molPHA/molX) in batch tests witch corresponded to a maximum production of 45,79 CmmolPHA/L. The batch test carried under pH of 9 showed an increase of the yeld of PHA production (0,84 CmolPHA/CmolAOVs). It was demonstrated that cheese whey is a reliable carbon source for the production of AOVs to produce PHAs.