PRIMER TALLER INTERNACIONAL DE BIORREMEDIACIÓN EMPLEO DE BACTERIAS AUTÓCTONAS PARA LA BIORREMEDIACIÓN DE EFLUENTES LÍQUIDOS Y AGUAS CONTAMINADAS Alfredo Gallego Cátedra de Higiene y Sanidad Facultad de Farmacia y Bioquímica Universidad de Buenos Aires
GESTIÓN DE LOS COMPUESTOS QUÍMICOS Más de 100.000 compuestos químicos existentes Un 10% se emplea en volúmenes superiores a las 10 toneladas anuales Llegan al ambiente durante su producción, transporte, empleo o disposición En algunos casos se desconoce su efecto en el ambiente
GESTIÓN DE LOS COMPUESTOS QUÍMICOS ACUERDOS MULTILATERALES AMBIENTALES Convenio de Basilea sobre el Control de los Movimientos Transfronterizos de los Desechos Peligrosos y su Eliminación (1992) Convenio de Rotterdam sobre el Procedimiento de Consentimiento Fundamentado Previo Aplicable a Ciertos Plaguidas y Productos Químicos Peligrosos Objeto de Comercio Internacional (2004) Convenio de Estocolmo sobre Contaminantes Orgánicos Persistentes (2004) Enfoque Estratégico para la Gestión de Productos Químicos a Nivel Internacional (Objetivo 2020)
Ley Nº 24051 de Residuos Peligrosos Decreto reglamentario 831/93 Niveles guía para Suelos Aire Agua Uso agrícola Residencial Industrial Aire ambiental Emisiones gaseosas Fuente de bebida humana Protección de la vida acuática Irrigación Bebida para ganado Pesca industrial Recreación
COMPUESTOS CONTROLADOS CONTAMINANTES EMERGENTES Clorofenoles Medicamentos Nitrofenoles Herbicidas Insecticidas Solventes halogenados Metales pesados
VÍAS DE ENTRADA DE LOS CONTAMINANTES PRODUCCIÓN PRODUCTOS RESIDUOS CONSUMIDOR TRATAMIENTO DE RESIDUOS MUNICIPALES TRATAMIENTO DE RESIDUOS INDUSTRIALES CONTAMINANTE
REMEDIACIÓN Tratamiento para reducir la contaminación
CLASIFICACIÓN DE LAS TECNOLOGÍAS EMPLEADAS EN REMEDIACIÓN En base a: La remoción o no de la matriz contaminada Ex situ In situ La naturaleza del proceso empleado Procesos Físico-químicos Procesos Biológicos
PROCESOS BIOLÓGICOS VENTAJAS Bajo costo Degradación completa a CO 2 y H 2 O (Mineralización) No afecta la flora y fauna del lugar
BIORREMEDIACIÓN ES EL USO INTENCIONAL DE LOS PROCESOS DE BIODEGRADACIÓN PARA ELIMINAR CONTAMINANTES AMBIENTALES DE LOS SITIOS DONDE ELLOS SON O HAN SIDO LIBERADOS INTENCIONAL O INADVERTIDAMENTE
BIORREMEDIACIÓN Aplicación de organismos vivos para: Degradar (Biodegradación) Transformar (Biotransformación) Separar (Bioadsorción)
BIORREMEDIACIÓN INOCULACIÓN BIOESTIMULACIÓN MICROORGANISMOS ESPECÍFICOS NUTRIENTES AIREACIÓN SUSTRATO
EL COMPUESTO ES EMPLEADO COMO FUENTE DE CARBONO Y ENERGÍA TRANSFORMACIÓN INICIAL PARA PODER INGRESAR A LAS VÍAS CATABÓLICAS
COMPUESTOS BIOGÉNICOS XENOBIÓTICOS ESTRUCTURA SEMEJANTE A LOS COMPUESTOS SINTETIZADOS POR LOS SERES VIVOS ESTRUCTURAS O SUSTITUYENTES DISTINTOS A LOS ENCONTRADOS EN LA NATURALEZA
Cómo predecir la biodegradabilidad? ASPECTOS BIOQUÍMICOS TIPO DE SUSTITUYENTE XENÓFOROS: CL, NO 2, Br, SO 3 H NÚMERO DE SUSTITUYENTES POSICIÓN DE LOS SUSTITUYENTES NÚMERO DE ANILLOS AROMÁTICOS RAMIFICACIÓN DE CADENAS ASPECTOS FISICOQUÍMICOS COEFICIENTE DE PARTICIÓN OCTANOL / AGUA PUNTO DE FUSIÓN / EBULLICIÓN RADIO DE VAN DER WAALS s HAMMET
Cómo predecir la biodegradabilidad?
COMPUESTO BIODEGRADABLE = COMPUESTO BIODEGRADADO PRESENCIA DEL MICROORGANISMO CONCENTRACIÓN Y DISPONIBILIDAD DEL COMPUESTO CONDICIONES FAVORABLES DEL MEDIO AMBIENTE
BIODEGRADACIÓN Microorganismos autóctonos Microorganismos genéticamente modificados Naturalmente presentes en ambientes contaminados Mayor impacto ambiental
OBJETIVO GENERAL Seleccionar comunidades microbianas autóctonas capaces de degradar y detoxificar compuestos tóxicos y persistentes en el ambiente con el fin de aplicarlos para la biorremediación de efluentes líquidos y aguas contaminadas
ESQUEMA DEL TRABAJO Aguas superficiales contaminadas Selección de comunidades degradadoras Aislamiento Identificación
ESQUEMA DEL TRABAJO Aislamiento
ESQUEMA DEL TRABAJO Aislamiento Ensayos de Biodegradación Reactor batch Influencia de distintos factores Concentración
ESQUEMA DEL TRABAJO Aislamiento Ensayos de Biodegradación Reactor batch Influencia de distintos factores ph
ESQUEMA DEL TRABAJO Aislamiento Ensayos de Biodegradación Reactor batch Influencia de distintos factores Tamaño del inóculo
ESQUEMA DEL TRABAJO Aislamiento Ensayos de Biodegradación Reactor batch Influencia de distintos factores Presencia de otros compuestos
ESQUEMA DEL TRABAJO Aislamiento Ensayos de Biodegradación Reactor batch Influencia de distintos factores Adaptación
ESQUEMA DEL TRABAJO Aislamiento Ensayos de Biodegradación Reactor batch Reactor continuo
ESQUEMA DEL TRABAJO Ensayos de Biodegradación
ESQUEMA DEL TRABAJO Ensayos de Biodegradación Evaluación de la Biodegradación
ESQUEMA DEL TRABAJO Evaluación de la Biodegradación
ESQUEMA DEL TRABAJO Evaluación de la Biodegradación Evaluación del crecimiento bacteriano Recuento en placa Microscopía electrónica de barrido Evaluación de la degradación del compuesto Espectrofotometría UV DQO Cromatografía gaseosa Electroforesis capilar Evaluación de la toxicidad Bioensayos estandarizados Vibrio fischeri Pseudokirchneriella subcapitata Daphnia magna Lactuca sativa
ESQUEMA DEL TRABAJO Compuestos estudiados 2-clorofenol 2,4-diclorofenol 2,4,6-triclorofenol m-nitrofenol o-, m- y p-cresol ácido 3-clorobenzoico p-cloroanilina 2,4-D MCPA Ibuprofeno Cloruro de benzalconio
Selección de microorganismos Muestras de aguas superficiales Enriquecimiento en medio mínimo + compuesto en estudio Evaluación del desarrollo bacteriano y la + degradación del compuesto - Subcultivos sucesivos Determinación de la viabilidad + - Aislamiento de cepas degradadoras Nuevo subcultivo Descartar
Ensayos de biodegradación Reactor batch ADAPTACIÓN Frasco Erlenmeyer + 100 ml medio mínimo Incubación a 28 ºC en baño termostatizado con agitación planorotatoria Microfermentador New Brunswick Multigen TA Volumen efectivo 1250 ml 28 ºC - agitación (200 rpm) aireación Medio mínimo + compuesto en estudio Evaluación de la biodegradación
Ensayos de biodegradación Reactores continuos Reactor de lecho fluidizado con recirculación Reactor de lecho fijo y flujo ascendente Reactor de lecho fijo y flujo descendente
Reactor de lecho fluidizado con recirculación Aireación Tubo de acrílico 152 x 9,2 cm Relleno: Carbón activado granular Salida Volumen efectivo: 6 L Caudal de entrada: 6 L/día Caudal de recirculación: 4 L/min Relleno Carbón activado granular Recirculación Entrada Líquido residual sintético: Agua potable libre de cloro + fertilizante agrícola (N:P:K 10:2:6) + compuesto en estudio
Reactor de lecho fijo y flujo ascendente Recipiente de PVC 50 x 14 cm Relleno: Cilindros de PVC (15 x 15 mm) Volumen efectivo: 7,7 L Caudal de entrada: 2-3 L/día Flujo por goteo por diferencia de presión hidrostática Líquido residual sintético: Agua potable libre de cloro + fertilizante agrícola (N:P:K 10:2:6) + compuesto en estudio
Relleno: Cilindros de PVC
Reactor de lecho fijo y flujo descendente Tubo de PVC 100 x 10 cm Relleno: Cilindros de PVC Volumen efectivo: 7,8 L Caudal de entrada: 2-5 L/día Flujo por goteo Líquido residual sintético: Agua potable libre de cloro + fertilizante agrícola (N:P:K 10:2:6) + compuesto en estudio
BIOENSAYOS DE TOXICIDAD Vibrio fisheri Daphnia magna Pseudokirchneriella subcapitata Lactuca sativa
RESULTADOS
Crecimiento bacteriano (Log UFC/m L ) Degradación de 2-clorofenol (100 mg/l) por una cepa autóctona de Achromobacter sp. Reactor batch 9 100 8 7 75 50 25 % 2-Clorofenol remanente 6 0 0 10 20 30 40 Tiempo (h) Eficiencia de remoción de compuesto/dqo: 97,5 / 91,6
C onc entración 2-Clorofenol (m g/l) Degradación de 2-clorofenol (200 mg/l) por una cepa autóctona de Achromobacter sp. Reactor continuo de lecho fluidizado 300 200 100 0 30 60 90 120 Días de operación Eficiencia de remoción de compuesto/dqo: 99,9 / 94,9
Microfotografías del relleno del reactor 5 mm 10 mm 2720 x 2080 x
CE 50 (%v/v) Evaluación de la toxicidad Reactor continuo Achromobacter sp. 2-clorofenol 200 mg/l INICIAL FINAL 75 >90 50 25 0 5,5 Daphnia magna
Crecimiento bacteriano (Log UFC/mL) % BKC remanente Degradación de Cloruro de Benzalconio (500 mg/l) por una cepa autóctona de Pseudomonas sp. 9 Reactor batch 100 8 50 7 6 0 0 10 20 30 40 50 Tiempo (h) Eficiencia de remoción de compuesto/dqo: 98,0 / 89,1
Concentración (mg/l) Degradación de Cloruro de Benzalconio (100 mg/l) por una cepa autóctona de Pseudomonas sp. 140 120 100 Reactor continuo 80 60 40 20 0 Días de operación 0 10 20 30 40 50 60 70 Entrada Salida Eficiencia de remoción de compuesto/dqo: 99,5 / 95,0
Microfotografías del relleno del reactor 1 mm 500mm 5mm
CE 50 (%v/v) Evaluación de la toxicidad Reactor continuo INICIAL FINAL 75 >90 >90 >90 50 50 25 CE (%v/v) 0 0,2 1,0 0,1 Vibrio fischeri Pseudokirchneriella subcapitata Lactuca sativa
Degradación de p-cloroanilina por una comunidad bacteriana autóctona Pseudomonas sp. Achromobacter sp. Sphingopyxis sp.
Degradación de p-cloroanilina por una comunidad bacteriana autóctona
Degradación de p-cloroanilina por una comunidad bacteriana autóctona
Concentración (mm) 0.30 Biodegradación Nitrificación Denitrificación Influente Efluente Efluente Efluente 0.26 0.26 0.26 0.26 0.20 0.18 0.18 0.10 0.00 PCA Cloruro Amonio Nitrato
Microfotografías del relleno del reactor
CE 50 (%v/v) Evaluación de la toxicidad INICIAL FINAL 75 >90 >90 >90 50 50 25 14,4 CE (%v/v) 0 22,0 16,0 Vibrio fischeri Pseudokirchneriella subcapitata Daphnia magna
Selección de bacterias degradadoras de ibuprofeno a partir de aguas superficiales Ensayo respirométrico Agua superficial + Ibuprofeno 20 mg/l
Selección de bacterias degradadoras de ibuprofeno a partir de aguas superficiales Ibuprofeno Control
Selección de bacterias degradadoras de ibuprofeno a partir de aguas superficiales Cultivo en medio Mínimo con el compuesto como única fuente de carbono 28ºC - Agitación
Selección de bacterias degradadoras de ibuprofeno a partir de aguas superficiales Puntos a partir de los que se seleccionan bacterias
CONCLUSIONES El empleo de bacterias y comunidades bacterianas autóctonas es una alternativa eficiente y económica para el tratamiento de efluentes y la biorremediación de aguas contaminadas con compuestos persistentes
MUCHAS GRACIAS agallego@ffyb.uba.ar