Evaluación de un consorcio microbiano con actividad sulfatorreductora, empleando celulosa como sustrato, para la remoción de arsénico presente en agua

Abstract

La contaminación de metales solubles representa un grave problema de contaminación en aguas y suelos de zonas mineras abandonadas. En este trabajo se presenta una alternativa de tratamiento para agua contaminada con arsénico (As) mediante su precipitación con sulfuro de hidrógeno (H2S) producido por la reducción biológica del ion sulfato al emplear celulosa como fuente de carbono. Para esto, se estudiaron dos consorcios microbianos denominados JH y M2, aislados previamente del Distrito Minero de Santa María de la Paz, y de un suelo de la Ciudad de Matehuala, San Luis Potosí, que ha recibido el impacto de las escorrentías proveniente del distrito minero anteriormente mencionado. Se empleó celulosa como sustrato orgánico sólido, en dos formas: celulosa sólida (CS, papel absorbente) y celulosa cristalina (CC, grado reactivo). Se demostró que ambos consorcios microbianos (JH y M2) tienen la capacidad de emplear como donador de electrones la celulosa y generar H2S, a partir de su actividad sulfatorreductora (ASR). Los consorcios microbianos, presentaron velocidades máximas de producción de 0.2 mmol H2S/g SSV*h para JH y de 0.32 mmol H2S/g SSV*h para M2 cuando se empleó la CS. Una vez comprobada la ASR se dió seguimiento al potencial de óxido reducción (EH) y se comprobó que ambos consorcios lograron reducir de manera gradual el potencial redox del sistema. Lo anterior, permitió el control del EH para la precipitación del As en solución, alcanzando valores de -220 mV en un tiempo de 53 días. Al seguir la degradación biológica de la celulosa, se observó que existe una amplia diferencia metabólica entre los consorcios utilizados. Lo anterior se dedujo a través de los perfiles generados, durante las cinéticas, de ácidos grasos volátiles (AGV) determinados por electroforesis capilar (EFC) (i.e. ácido acético, ácido butírico, ácido cítrico, ácido pirúvico y ácido láctico). Para estos casos se obtuvieron velocidades diferentes en cada uno de los AGV´s analizados, lo cual se refleja en la sumatoria de los mismosሺAGV୧), donde el consorcio M2 presentó una mayor velocidad de producción de AGV (31.22 mmol AGV/g SSV*h) comparada con la de JH (12.8 mmol AGV/g SSV*h). Lo anterior, permitió establecer el criterio de que existe un mayor número de bacterias hidrolíticas y fermentativas en M2 comparado contra JH, que permiten tener una mayor cantidad de sustrato soluble disponible para la actividad microbiana. Se estudió el comportamiento de producción de H2S en ambos consorcios, empleando exclusivamente acetato como única fuente de carbono. El resultado definió una mejor respuesta en el consorcio bacteriano M2, con una velocidad máxima de 4.50 mmol H2S/ g SSV L-1, en comparación con JH que presentó una Vmax de 0.756 mmol H2S/ g SSV L-1. Asimismo, se observó que la fase lag (o de aclimatación) fue de 690 h más en JH que en M2, lo cual nos lleva a deducir, que se tiene mayor número de bacterias oxidantes incompletas en el consorcio JH, ya que estos requieren mayor tiempo para empezar a ver en el sistema la producción de H2S en presencia de acetato. En base a que las características del consorcio M2 resultaron más idóneas para nuestro sistema, se utilizó este consorcio para establecer un experimento con agua contaminada del Parque recreativo de Cerrito Blanco en el Municipio de Matehuala, S.LP, México, en donde después de un análisis se cuantificaron 8 mg L-1 de As y 1786 mg L-1 de sulfatos (SO4 2-) ambas concentraciones se encuentran por encima de la NOM-127 SSA-1-1994. De este experimento se obtuvo una remoción del 99% de As y un 36% de SO4 2-. El precipitado formado fue analizado por MEB para confirmar la precipitación de fases de As asociadas a azufre. Lo anterior demostró la factibilidad técnica del sistema propuesto para tratar aguas que presentan contaminación mixta de As y SO4 2- y permitió establecer las bases y antecedentes técnicas que sirvan para el escalamiento de un bioreactor como tratamiento ex situ de agua contaminada por estos compuestos, empleando celulosa como donador de electrones. Debido a la naturaleza sólida de la celulosa, es posible emplearla como material de relleno en una barrera reactiva permeable (BRP) para controlar la contaminación de efluentes o aguas subterráneas que contienen estos contaminantes.