Optimización de extracción de sustancias poliméricas extracelulares (EPS) para su valorización como biosorbente de cobre.

Abstract

La gestión de residuos, especialmente en el tratamiento de aguas residuales, es un desafío creciente debido a la liberación de metales pesados en ambientes acuáticos causado por actividades industriales, y representa una amenaza a ecosistemas y la salud humana. Las Sustancias Poliméricas Extracelulares (EPS) tienen propiedades únicas que las hacen efectivas como adsorbentes de metales pesados, convirtiéndolas en una alternativa atractiva en la búsqueda de soluciones sostenibles y económicamente viables para la remoción de estos metales. Esta tesis se centró en optimizar la extracción de EPS desde lodos de depuración de Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR) con el fin de maximizar el rendimiento y su capacidad de adsorción de cobre (Cu2+) mediante el diseño experimental como técnica estadística. El método de extracción utilizado fue una hidrólisis alcalina variando cuatro factores: concentración de reactivo, temperatura, porcentaje en masa de lodo en la mezcla de lodo y reactivo alcalino y el tipo de reactivo alcalino. Aunque no se alcanzaron las condiciones óptimas entre las variables y niveles estudiados, se identificó que a 20ºC, 10% p/p de lodo y utilizando NaOH 1M se maximizaban los rendimientos de extracción y capacidad de adsorción de las EPS (465 mg EPS/g SV y 46,5 mg Cu(II) ads/g EPS, respectivamente). Adicionalmente, se determinó que la temperatura y el porcentaje de lodo son las variables más influyentes en el rendimiento de extracción, mientras que la concentración de reactivo y el porcentaje de lodo son las más influyentes en la capacidad de adsorción. La caracterización de extractos reveló una mayor presencia de proteínas que polisacáridos, especialmente en los ensayos con altas concentraciones de reactivos alcalinos. A diferencia de lo publicado en la literatura, aparentemente, el aumento de la temperatura en la extracción no incrementa la cantidad de EPS; sin embargo, lo que se observa en este estudio es resultado de dos efectos, uno de ellos es la degradación de macromoléculas provocada por la temperatura y el debido a la pérdida de componentes moleculares de menor peso molecular durante las etapas de diálisis previas a las pruebas de adsorción. Se observaron mejores capacidades de adsorción utilizando Na2CO3 en lugar de NaOH como reactivo alcalino, pues la menor alcalinidad permitió mantener mejor la integridad estructural de las EPS, manteniendo así la actividad de los grupos funcionales en su superficie, lo que favorece la adsorción de iones metálicos. Los ensayos de potencial Z indicaron que la interacción electrostática no explica completamente el comportamiento de las EPS en los procesos de adsorción, por lo que se requiere de una investigación más detallada de los mecanismos que actúan en este proceso. La principal limitación del presente estudio fue el modelo de regresión de primer orden utilizado en el diseño experimental, que no permitió una optimización completa. Se recomienda llevar a cabo un diseño experimental con un modelo de regresión de segundo orden siendo el Diseño Central Compuesto o el Diseño Box-Behnken adecuados para ello.