Dinámica de la diversidad microbiana con actividad sulfato reductora durante la bioestabilización de As en sistemas batch

Abstract

En los últimos años se ha incrementado el uso de tecnologías que utilizan microorganismos para la estabilización y remoción de iones metálicos y metaloides como el arsénico (As) presente tanto en efluentes como en residuos generados por actividades minero- metalúrgicas, entre estas tecnologías están los procesos que incluyen bacterias sulfato reductoras (BSR), donde el sulfuro de hidrogeno (H2Sbiog) es usado para remover, mediante precipitación, iones metálicos en forma de sulfuros metálicos, dicho tratamiento es considerado una de las alternativas de biorremediación más prometedoras, por lo que la búsqueda de BSR resistentes a metales pesados y As es importante para el desarrollo de tecnologías de biorremediación. En la presente investigación, se evaluó el efecto de diferentes concentraciones de As (V) y As (III) sobre las cinéticas de producción de H2Sbiog en solución de dos consorcios microbianos previamente caracterizados con actividad sulfato- reductora (JH y M2), asimismo, se determinaron las concentraciones solubles de As a las que estos consorcios pueden estar expuestas antes de limitar completamente su crecimiento (IC50), también se llevó a cabo la determinación de las concentraciones de especies de As (V) y As (III) durante el proceso de bioestabilización de As (V) que llevan a cabo estos consorcios y se planteó evaluar la dinámica en la diversidad microbiana presente en los consorcios durante la cinética de bioestabilización de As (V) a distintas concentraciones iniciales, permitiendo correlacionar la diversidad microbiana con los procesos que se presentan durante el proceso de bioestabilización. Los resultados obtenidos en la presente investigación mostraron que el proceso de bioestabilización de As (V) generado por consorcios microbianos JH y M2 presenta una serie continua de etapas, las cuales incluyen un proceso de producción y acumulación de H2Sbiog, una reducción de As (V) a As (III) asociada con la oxidación incompleta del H2Sbiog a S elemental, y; una etapa en la que co-existen H2Sbiog y As (III), lo que genera la remoción del As en forma de polisulfuros, logrando porcentajes de precipitación dependientes de la concentración inicial de As (V) que van de 12 a 93 % para el consorcio JH y de 12 a 94 % para el consorcio M2. Mientras que en la cinética de producción de H2Sbiog en presencia de As (III) se observó que existe una producción constante de H2Sbiog a concentraciones ≤ 250 μM de As (III), observándose un proceso inhibitorio en la producción de H2Sbiog a concentraciones ≥ 1 000 μM. Los valores de IC50 para As (V) y As (III) en este estudio indican que los consorcios microbianos JH y M2 pueden ser expuestos a concentraciones ca. 232 y 200 μM de As (V) y As (III) respectivamente antes de limitar su desarrollo. Asimismo, microfotografías EDS- MEB muestran la bioprecipitación extracelular de nanocluster de sulfuros de As (tipo oropimente y rejalgar) y partículas de S elemental. La presencia de S elemental solo se determinó cuando los sistemas fueron inoculados con As (V), por lo que el mecanismo de tolerancia sugerido en este estudio incluye la bioprecipitación extracelular de sulfuros metálicos dada, principalmente, por la reducción de As (V) generada por factores fisicoquímicos y/o la oxidación incompleta de H2Sbiog. Este mecanismo se asocia también con un incremento en la rmax para una concentración de 250 μM de As (V) (cercana al IC50) y se confirmó con los resultados obtenidos en la especiación de As, en los que la presencia de As (III) en los sistemas disminuyó cuando se presentan las disminuciones en la producción de H2Sbiog durante la cinética de bioprecipitación de As (V). La presencia de 5 filotípos diferentes en el consorcio JH, así como mayores tasas de rmax en comparación con el consorcio M2, indican que es un consorcio microbiano que lleva a cabo diversos procesos metabólicos en conjunto entre los que se incluye la sulfato reducción, el cual presenta tolerancia a las condiciones fisicoquímicas que se presentan en los sistemas, dicha tolerancia genera que la diversidad microbiana se mantenga durante el proceso de bioestabilización de As (V), esto a diferencia del consorcio M2, en el cual se identificaron 9 filotípos diferentes y presentó variaciones en la diversidad microbiana durante la cinética de bioestabilización de As (V), los cuales están asociados a la concentración de As (V), As (III) y la producción de H2Sbiog en cada etapa de las cinéticas, asimismo, se sugiere la presencia de microorganismos asociados a diversos procesos catabólicos de sustratos orgánicos en determinadas etapas de la cinética, las cuales actúan en conjunto con las BSR, pudiendo generar un retardo y menores concentraciones en la PHS que provocan mayores tiempos para que se evidencien los procesos de bioestabilización de As en los sistemas inoculados con este consorcio.