Laccase-based technologies to remove organic pollutants from soils and wastewaters

Resumo

El desarrollo e implementación de tratamientos ecológicos y de bajo coste para la descontaminación de suelos y aguas residuales constituye una prioridad. Las enzimas ligninolíticas lacasas (oxidasas con contenido en cobre, EC 1.10.3.2) son biocatalizadores prometedores debido a su amplia especificidad de sustrato y bajos requerimientos catalíticos: usan oxígeno del aire y liberan agua como único subproducto. Tanto las lacasas como el sistema lacasa-mediador se han usado con éxito para eliminar un amplio rango de contaminantes y la toxicidad asociada. En el presente trabajo se investiga el potencial oxidativo de las lacasas para desarrollar tecnologías en continuo o semicontinuo dirigidas a la eliminación de contaminantes orgánicos, tales como Hidrocarburos Aromáticos Policíclicos (HAP) y contaminantes orgánicos emergentes en matrices ambientales reales. En la primera parte de la Tesis, se investiga el uso de las lacasas para degradar HAPs, contaminantes con potencial mutagénico y cancerígeno, y alta persistencia en el ambiente. Su biodegradación natural está restringida por dos factores: la baja solubilidad en agua y una alta hidrofobicidad, que hacen de los HAPs contaminantes persistentes en el suelo. La extracción con disolventes o surfactantes es una alternativa para su eliminación de suelos. Sin embargo, esta técnica por sí sola no destruye los contaminantes, sino que solo consigue su transferencia a otra fase. La eliminación enzimática con lacasa podría ser una opción factible, pero requiere la adición de surfactantes o disolventes para incrementar la biodisponibilidad del contaminante a la acción enzimática. La combinación de la extracción con disolventes y la tecnología basada en reactores bifásicos puede constituir un proceso prometedor de remediación para eliminar HAPs de suelos. Los reactores bifásicos se basan en el uso de un disolvente inmiscible en agua y biocompatible, en contacto con una fase acuosa que contiene el biocatalizador. El disolvente se usa para disolver altas concentraciones del compuesto objetivo, que se transfiere a la fase acuosa en concentraciones establecidas por el coeficiente de reparto. Dado que el biocatalizador sólo es capaz de eliminar el compuesto en la fase acuosa, este se va transfiriendo desde el disolvente para re-establecer el equilibrio, hasta que la fase orgánica queda libre del contaminante. En la segunda parte de la Tesis se propone el empleo de lacasas para eliminar contaminantes orgánicos emergentes (EOCs, por sus siglas en inglés) de sistemas acuosos. El compuesto químico industrial bisfenol A que se sabe que es un disruptor endocrino, y los compuestos con actividad farmacéutica, son ejemplos de EOCs detectados con frecuencia en aguas residuales, principal fuente de entrada de los EOCs al medio ambiente. La aplicación de las lacasas en tratamientos terciarios de agua residual requiere la retención del biocatalizador en el reactor y para cumplir dicho requisito se consideran dos opciones: el empleo de reactores enzimáticos de membrana, que permiten la operación con la enzima libre; o el uso de lacasas inmovilizadas en nanopartículas o micropartículas magnéticas, lo cual facilita la retención del biocatalizador en el sistema mediante una membrana de tamaño de poro elevado o la aplicación de un campo magnético externo.