Biodegradation of Dimethylphenols in a laboratory scale construted wetland

Abstract

Los dimetilfenoles (DMFs) son compuestos tóxicos y refractarios que usualmente forman parte de los efluentes de la industria carboquímica, específicamente de la industria del coque y del creosote. El propósito de este estudio fue evaluar la biodegradación de DMFs en un humedal construido a escala de laboratorio plantado con Juncus effusus. Para ello se tuvo en cuenta no solo las eficiencias de remoción del sistema entero, sino también se analizó en detalle el desarrollo y comportamiento de microorganismos y comunidades aeróbicas creciendo en el interior de un reactor plantado de lecho fijo (RPLF) con grava como soporte. La primera etapa de esta investigación consintió en comprobar el potencial aislados microbianos obtenidos del RPLF para degradar mezclas de DMFs y comparar su efectividad con respecto a las cinéticas de degradación de DMFs de Delftia acidovorans. Esta comparación permitió comprender características relevantes de los procesos microbiológicos que ocurren en los sistemas a escala de laboratorio y piloto. Muestras de ADN del RFLP y D. acidovorans fueron analizadas por PCR con el fin de detectar genes que se encuentran involucrados en las vías catabólicas de los DMFs. El RFLP removió exitosamente el 99.08% de los DMFs (3,4-, 3,5- y 2,6-) aplicados bajo un régimen de incremento de concentraciones. Pese a ello, esta gran eficiencia de remoción estuvo acompañada por efectos negativos en el crecimiento de la planta y cambios en la dinámica de las especies de nitrógeno. A diferencia de los consorcios microbianos de las raíces y grava, las cepas aislada del RFLP no fueron capaces de ganar biomasa y degradar DMFs en mezclas (3,4-, 3.5- y 2,6) como única fuente de carbono y energía. Por otra parte, D. acidovorans, una cepa natural, mostró una gran desempeño cuando fue expuesta a isómeros simples y mezcla duales de DMFs. 3,4-DMF sirvió como principal sustrato de crecimiento para este microbio y permitió la transformación cometabólica de los isómeros 2,4-, 2,5- y 3,5- DMFs y una mejor mineralización del 2,3-DMF en mezcla duales. 2,6- DMFs fue el único isómero que no fue asimilado por esta bacteria. Finalmente, una selección y análisis por PCR de ADN de muestras del RFLP y D. acidovorans reveló que monooxigenasas podrían estar catalizando e incentivando la activación del anillo aromático como primer paso de la degradación aeróbica de DMFs. Esta investigación destacó la importancia de las comunidades microbianas aeróbicas con el fin de mejorar la remoción de dimetilfenoles por humedales construidos.