Selección de las condiciones de cultivo mixotrófico para Chlorella sp. y aprovechamiento de biomasa algal

Abstract

La biomasa de la microalga Chlorella sp. es de gran interés en el área agrícola, pues en conjunto con otros materiales lignocelulósicos y materiales llenantes, funciona como acondicionador suelos, fertilizante y en este caso, por como hidroretenedor, con el fin de mantener cantidades de agua retenida en suelo por periodos prolongados de tiempo. Para la obtención de la biomasa de Chlorella sp., fue necesario realizar un diseño estadístico Plackett-Burman (DPB) con el fin de optimizar factores operaciones y de crecimiento para obtener el máximo de biomasa algal a un tiempo reducido; lográndose identificar los factores nutricionales u operacionales que permitieron un aumento en la velocidad de crecimiento de Chlorella sp.; biomasa que fue usada para la posterior producción y formulación del biohidroretenedor. Dicho lo anterior, el objetivo de este trabajo fue la selección de las condiciones de cultivo que favorecieron el crecimiento mixotrófico de Chorella sp. para el desarrollo de un biohidroretenedor.

Las condiciones tanto operacionales como de cultivo son de importancia para el crecimiento de Chlorella sp.; para poder optimizar su crecimiento al menor tiempo posible y donde la producción de biomasa algal sea un valor representativo, fue necesario evaluar las diferentes variables de cultivo y sus concentraciones para establecer las condiciones adecuadas donde Chlorella sp., crecerá en un menor tiempo. Es por esto, que en este estudio se realizó un diseño estadístico Plackett-Burman el cuál contó con 10 factores (7 condiciones de cultivo y 3 condiciones operacionales) a 2 niveles. De los tratamientos evaluados, el tratamiento 8 donde se formó la mayor concentración de biomasa en peso seco (g/L) , además, se identificaron los factores glucosa y nitrato de sodio como los más contribuyentes para la obtención de biomasa, según la comparación de medias.

Se realizó la curva de crecimiento de la microalga donde se tuvo en cuenta dos tipos de variables respuesta, las asociadas al crecimiento y los parámetros químicos. Relacionado al crecimiento de Chlorella sp., se determinó que la producción máxima de biomasa se da al día 4 de la cinética; por otro lado, teniendo en cuenta los parámetros químicos, se obtuvieron porcentajes de disminución superiores al 80 %, presentando valores de 99.7 % para carbono orgánico total (COT), 98.4 % para nitrógeno total (Nt), 92.1 % para nitratos (NO3), 88.1 % para nitritos (NO2) y 97.9 % para ortofosfatos (PO4).

De los medios de cultivo químicamente definidos, como el caldo nutritivo, czapek, medio semi complejo y el agua residual proveniente del tratamiento secundario de la planta de aguas residuales, se obtuvo que el medio que ofrece la fuente de carbono, nitrógeno y fósforo para el crecimiento de Chlorella sp fue el caldo nutritivo, un medio diferente al Bold.

De los materiales empleados para la formulación del biohidroretenedor (BHR), se encontraban el biochar, el cual se hizo a partir de salvado de trigo, borra de café y celulosa comercial; parte importante de este BHR fue el lodo algal recuperado tras el proceso de coagulación de lotes provenientes del fotobiorreactor terciario de la planta de tratamiento de aguas residuales no domésticas (ARnD); finalmente, se adicionó un consorcio de bacterias benéficas como Azotobacter chroococcum, cepa ATCC 9043; Pseudomonas sp., Pseudomonas flurescens y Kosakonia sp. Respecto a los resultados de viabilidad de las bacterias a lo largo de 45 días, se determinó que no hubo una perdida en unidades logarítmicas respecto al tiempo inicial de las bacterias solubilizadoras de fósforo, fijadoras de nitrógeno, bacterias totales y bacterias fluorescentes, obteniéndose 4.7x1012 , 2.1x1012 , 6.6x1012, 3.3x109 UFC/g respectivamente. Para la prueba de adsorción de agua del biohidroretenedor teniendo en cuenta el Hidrokeeper como control, se determinó que en 180 minutos este biohidroretenedor es capaz de adsorber 65 ml/g de agua, sugiriendo hacer una nueva formulación del biohidroretenedor, enfocándose especialmente en la cantidad de celulosa y biomasa algal que se deberán adicionar para aumentar la capacidad de adsorción del biohidroretenedor.