Abatimiento de la toxicidad de compuestos arsenicales presentes en suelos agrícolas, a través de un sistema de tratamiento biológico aeróbico secuencial.

Abstract

Durante muchos años, compuestos orgánicos que contienen arsénico en su estructura (organoarsenicales) han sido utilizados como aditivos alimenticios en la industria avícola. Utilizar el estiércol de las aves como fertilizante en cultivos, es una práctica común que aumenta la concentración de arsénico en los suelos, ya que los organoarsenicales se liberan inalterados en las heces de los animales. En la agricultura, durante décadas se utilizaron pesticidas inorgánicos y orgánicos de arsénico en cultivos. El impacto generado en este período ha sido el aumento de la concentración de arsénico en los suelos. Actualmente aún se permite el uso de algunos pesticidas como el metanoarsenato monosódico y en países asiáticos aún se utilizan compuestos organoarsenicales en la industria avícola. En el suelo, los compuestos organoarsenicales sufren transformaciones mediadas por microorganismos produciendo arsénico inorgánico, principalmente arsenito (As(III)) y arseniato (As(V)), siendo el primero más tóxico, soluble y móvil. Debido a su naturaleza, estas especies de arsénico pueden lixiviar o movilizarse por escorrentía, llegando a fuentes hidrológicas de uso humano y generar problemas sanitarios, pues el arsénico es carcinogénico y se asocia a enfermedad cardiovascular, hiperqueratosis y déficit neurocognitivo. La transformación biológica de organoarsenicales mediada por microorganismos, es una alternativa para el abatimiento de estos compuestos desde el suelo y/o el agua. Sin embargo, se genera arsenito y arseniato como productos de estas transformaciones por lo que es necesario desarrollar alternativas que logren abatir tanto los compuestos organoarsenicales, como el arsénico inorgánico generado. La precipitación de carbonato de calcio mediada por microorganismos (MICP), específicamente por bacterias ureolíticas, es un proceso mediante el cual bacterias metabolizan la urea generando amonio y bicarbonato, provocando un aumento del pH en el medio extracelular. Si existen iones calcio en el medio, se desencadena la precipitación de carbonato de calcio o Calcita, que es un mineral con la capacidad de absorber y/o co-precipitar arsénico inorgánico, principalmente arseniato.El objetivo de esta investigación fue implementar un sistema de tratamiento biológico aeróbico secuencial para el abatimiento de la toxicidad de compuestos arsenicales. Para ello, se caracterizó la reducción de compuestos organoarsenicales a arsénico inorgánico, por un consorcio bacteriano utilizando los parámetros cinéticos obtenidos mediante curvas de crecimiento, y curvas de reducción de mediante la detección de arsénico inorgánico. Luego, se caracterizó la producción de calcita y la oxidación/co-precipitación de arsénico inorgánico por Pseudomonas arsenicoxydans en un medio de cultivo modificado para la MICP utilizando los parámetros cinéticos obtenidos mediante curvas de crecimiento en estado planctónico y sésil. Finalmente, se implementó un sistema de tratamiento biológico aeróbico secuencial a escala de laboratorio, para estudiar el abatimiento de la toxicidad de arsénico de un afluente artificial suplementado con arsénico orgánico. Este sistema de tratamiento se dividió en 2 etapas, la primera fue un sistema discontinuo dónde se cultivó el consorcio bacteriano aeróbico con el fin de reducir los compuestos organoarsenicales roxarsona, nitarsona y metanoarsenato monosódico, hasta arsénico inorgánico. En la segunda etapa, el efluente del primer sistema fue alimentado en un sistema semi-continuo en el que se cultivó P. arsenicoxydans en un medio modificado para la MICP, con el fin de abatir el arsénico presente en el efluente mediante la simultánea oxidación de arsenito y co-precipitación de arsénico en la calcita producida a través de MIPC. La toxicidad del efluente final fue evaluada a través de un ensayo de viabilidad con células HUVEC. Los resultados demuestran que a las 144 h de operación de la primera etapa del sistema de tratamiento se alcanzó un 96,70% de transformación de compuestos organoarsenicales a arsénico inorgánico con una velocidad máxima de aparición de arsénico inorgánico de 0,033 ± 0,001 mg·l-1 ·h -1 . El efluente de este reactor fue diluido al 12% v/v y usado para alimentar el biorreactor de la segunda etapa. A partir de las 72 h de operación de esta segunda etapa, la remoción de arsénico del medio líquido fue de 100% con una velocidad de remoción de 0,033 ± 8,750e-007 mg·l-1 ·h -1 . El 99,3 ± 0,51% de las células HUVEC fue viable al ser expuestas al efluente final del sistema de tratamiento. Se puede concluir que el sistema de tratamiento biológico es capaz de abatir la toxicidad de compuestos arsenicales orgánicos e inorgánicos presentes en los afluentes ensayados, utilizando el sistema de tratamiento aeróbico secuencial con biotecnología de oxidación de arsenito y coprecipitación de calcita-arsénico.