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Title: Kinetical models for facultative bacteria Cupriavidus Necator behavior on oil degradation from comestible oil wastewater industry
Authors: Sommer Márquez, Alicia Estela
Romero López, Henry Bryan
Keywords: Cupriavidus necator
Kinetic models
Simulation
Wastewater
Cupriavidus necator
Modelos cinéticos
Simulación
Aguas residuales
Issue Date: May-2021
Publisher: Universidad de Investigación de Tecnología Experimental Yachay
Abstract: For this thesis, kinetic models were proposed to study the degradation of oils and fats from wastewater from edible oil industries and the production of polyhydroxybutyrate (PHB) through the use of the Cupriavidus necator bacteria; some of these models for growth are Monod and a modified Monod model. For the development of kinetic models, experimental data previously reported in Mexico's wastewater industry was used. The wastewater conditions for the production of PHB must be at a temperature of 30 ºC, at a neutral pH, and free of toxic substances. These conditions make it possible to obtain up to 70% PHB in cell dry weight (CDW). The metabolism of Cupriavidus necator under aerobic conditions was reviewed in the literature, with which four biological processes were proposed: heterotrophic growth using fructose as a carbon source, heterotrophic growth using fatty acids as a carbon source, hydrolysis, and heterotrophic lysis. For constructing a mathematical model that describes the kinetical models, the matrix notation was used, which describes a stoichiometric matrix and a matrix of conservative components, which were nitrogen, phosphorus, and organic matter measured as chemical oxygen demand (COD). A kinetic for each process was considered, allowing the development of a mass balance for each component. Finally, software was proposed to simulate PHB production and consumption of fatty acids using Cupriavidus necator. The software required continuity equations, material balance, and mass balance. This software, which contains the kinetic models, is a proposal for wastewater from edible oil industries.
Description: Para esta tesis se propuso modelos cinéticos para estudiar la degradación de los aceites y grasas de aguas residuales de industrias de aceite comestible, y la producción de polihidroxibutirato (PHB) mediante el uso de la bacteria Cupriavidus necator, algunos de estos modelos para el crecimiento son Monod y un modelo modificado de Monod. Para el desarrollo de modelos cinéticos se usaron datos experimentales reportados previamente en una industria de aguas residuales en México. Las condiciones del agua residual para la producción de PHB deben ser a temperatura de 30 ºC, a pH neutro y libre de sustancias tóxicas. Estas condiciones permiten obtener hasta un 70% de PHB en peso seco celular (PSC). Se revisó en la literatura el metabolismo de Cupriavidus necator en condiciones aerobias, con el cual se propusieron cuatro procesos biológicos. El primer proceso es el crecimiento heterótrofo usando fructosa como fuente de carbono. El segundo proceso es el crecimiento heterótrofo usando ácidos grasos como fuente de carbono. El tercero es la hidrólisis y el cuarto es la lisis heterótrofa. Para la construcción de un modelo matemático se usó la notación matricial, la cual describe un matriz de estequiometria y una matriz de componentes conservativos con el uso de componentes como el nitrógeno, el fósforo y la materia orgánica medida como demanda química de oxígeno (DQO). Se consideró una cinética para cada proceso, lo que permitió desarrollar un balance de masas para cada componente. Finalmente se propuso un software para simular la producción de PHB y consumo de ácidos de grasos usando la bacteria Cupriavidus necator, esto se lo realizó mediante ecuaciones de continuidad, balance de materia y balance de masas. Este software que contiene los modelos cinéticos, es una propuesta para las aguas residuales de industrias de aceites comestibles.
URI: http://repositorio.yachaytech.edu.ec/handle/123456789/389
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