Abatimiento de la toxicidad de compuestos arsenicales presentes en suelos agrícolas, a través de un sistema de tratamiento biológico aeróbico secuencial.
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Date
2018
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Publisher
Universidad de Concepción.
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.
Description
Tesis para optar al grado de Magíster en Ciencias con Mención Microbiología.
Keywords
Suelos, Contenido de Arsénico, Arsénico, Aspectos Ambientales, Compuestos Organoarsénicos, Tratamiento Biológico, Arsenicales, Agua Limpia y Saneamiento