Características de la biopelícula de un reactor RBC en presencia y ausencia de metales pesados

• Julio Marín Universidad del Zulia
• Karelis Fernández Universidad del Zulia
• Elisabeth Behling Universidad del Zulia
• Sedolfo Carrasquero Universidad del Zulia
• Nancy Angulo Universidad del Zulia

Palabras clave: Bacterias heterótrofas, crecimiento adherido, efluente industrial, tratamiento biológico, toxicidad.

Resumen

Los efluentes industriales que contienen metales pesados causan efectos tóxicos sobre los ecosistemas naturales receptores, así como problemas de eficiencia en las plantas de tratamiento biológico. En el presente trabajo se compararon las características de la biopelícula de un reactor RBC de tres cámaras, en presencia y ausencia de metales pesados (Cd 5 mg/L y Cr 20 mg/L), bajo condiciones aeróbicas-mesofílicas y escala de laboratorio. La biopelícula se formó a partir de un lodo aerobio obtenido de una planta de tratamiento de aguas residuales de la localidad. El reactor se alimentó con un efluente industrial sintético a flujo continuo, con una carga orgánica de 5,81 gDQO/d.m². En el efluente final de cada cámara se monitorearon los parámetros fisicoquímicos: pH, alcalinidad total, oxígeno disuelto, potencial redox, demanda química de oxígeno (DQO), sólidos suspendidos totales, sólidos suspendidos volátiles, concentración de Cd y Cr. La evolución de la biopelícula fue registrada fotográficamente y también se determinaron: grosor, índice de biomasa, conteo de heterótrofos y caracterización de los principales grupos bacterianos. El contenido de materia orgánica (DQO) en el efluente tratado fue significativamente menor (18,0 %) en ausencia de metales, mientras que las remociones de Cd y Cr se ubicaron en 96,7±0,2 y 57,2±1,3 %, respectivamente. Las concentraciones finales de Cr no cumplieron con el límite de descarga establecido en la normativa nacional (2,0 mg/L). La biopelícula presentó menor grosor y abundancia de heterótrofos en presencia de los metales, como consecuencia del efecto tóxico de los mismos. Las bacterias más abundantes durante el tratamiento del efluente pertenecieron a los géneros: Paenibacillus, Bacillus y Lysinibacillus.

Citas

ABIS. (2018). Advanced bacterial identification. Ver. 12.8. Regnum Prokaryotae. Fecha de consulta: 10-04-2018. Disponible en: https://abis-online.es.aptoide.com

APHA, AWWA, WCF. (2005). Standard methods for examination of water and wastewater. 21 ed. American Public Health Association. Washington D. C., USA. 1054 p.

Argota, G., González, Y., Argota, H., Fimia, R., Iannacone, J. (2012). Desarrollo y bioacumulación de metales pesados en Gambusia punctata (Poeciliidae) ante los efectos de la contaminación acuática. Revista Electrónica de Veterinaria. 13(5): 1-12.

Atlas, R., Bartha, R. (2002). Ecología microbiana y microbiología ambiental. 4 ed. Pearson Educación S. A. Madrid. 677 p.

Ávila, H., Gutiérrez, E., Ledo, H., Araujo, M., Sánquiz, M. (2010). Heavy metals distribution in superficial sediments of Maracaibo Lake (Venezuela). Revista Técnica de la Facultad de Ingeniería de LUZ. 33(2): 122-129.

Ávila, H., Quintero, E., Angulo, N., Cárdenas, C., Araujo, M., Morales, N., Prieto, M. (2014). Determinación de metales pesados en sedimentos superficiales costeros del sistema Lago de Maracaibo, Venezuela. Multiciencias. 14(1): 16-21.

Azzam, A. M., Tawfik, A. (2015). Removal of heavy metals using bacterial bio-flocculants of Bacillus sp. and Pseudomonas sp. Journal of Environmental Engineering and Landscape Management. 23(4): 288-294.

Baral, A., Engelken, R., Stephens, W., Farris, J., Hannigan, R. (2006). Evaluation of aquatic toxicities of chromium and chromium containing effluents in reference to chromium electroplating. Archives of Environmental Contamination and Toxicology. 50: 496-502.

Beyer, J., Petersen, K., Song, Y., Ruus, A., Grung, M., Bakke, T., Tollefsen, K. E. (2014). Environmental risk assessment of combined effects in aquatic ecotoxicology: a discussion paper. Marine Environmental Research. 96: 81-91.

Bjerregaard, P., Andersen, C. B., Andersen, O. (2015). Ecotoxicology of metals: sources, transport, and effects on the ecosystem. Chapter 21. En: Handbook on the toxicology of metals. G., Nordberg, B., Fowler, M., Nordberg (Eds.). 4 ed. Academic Press. p.p. 425-459.

Cañizares, R. (2000). Biosorción de metales pesados mediante el uso de biomasa microbiana. Revista Latinoamericana de Microbiología. 42: 131-143.

Castro, F., Marín, J. C. (2018). Comparación de la ecotoxicidad por metales pesados sobre bacterias heterótrofas de dos sitios contrastados del Lago de Maracaibo (Venezuela). Revista Facultad de Ciencias Básicas. 14(1): 1-10.

Chacín, E. (1993). Treatment characteristics of two phase anaerobic system using an UASB reactor. Tesis de doctorado. University of Birmingham. Birmingham, England. 180 p.

Cortez, S., Texeira, P., Oliveira, R., Mota, M. (2008). Rotating biological contactors: a review on main factors affecting performance. Rev. Environ. Sci. Biotechnol. 7: 155-172.

Costley, S., Wallis, F. (2001). Bioremediation of heavy metals in a synthetic wastewater using a rotating biological contactor. Water Research. 35(15): 3715-3723.

Curt-Flemming, H., Wingender, J. (2003). The crucial role of extracelular polymeric substances in biofilms. En: S., Wuertz, P., Bishop, P., Wilderer (Eds.): Biofilms in wastewater treatment: an interdisciplinary approach. IWA Publishing. Londres. 401 p.

Decreto 883. (1995). Normas para la clasificación y el control de la calidad de los cuerpos de aguas y vertidos de efluentes líquidos. Gaceta oficial de la República de Venezuela No. 5021, extraordinaria. Caracas, Venezuela.

Esclapés, M., Galindo, I. (2000). Calidad de las aguas del Lago de Maracaibo. En: G., Rodríguez (Ed.): El sistema de Maracaibo. Capítulo 9. 2 ed. Instituto Venezolano de Investigaciones Científicas (IVIC). Caracas, Venezuela. p.p. 125-146.

Gallegos-Monterrosa, R., Kankel, S., Gotze, S., Barnett, R., Stallforth, P., Kovacs, A. (2017). Lysinibacillus fusiformis M5 induces increased complexity in Bacillus subtilis 168 colony biofilms via hypoxanthine. Journal of Bacteriology. 199(22): 204-217.

Guerrero, D., Pinta, J., Fernández, P., Ibarguen, E., Hudalgo, S., Burbano, E. (2017). Eficiencia en la reducción de cromo por una bacteria silvestre en un tratamiento tipo Bach utilizando como sustrato agua residual del municipio de Pasto, Colombia. Revista Universidad y Salud. 19(1): 102-115.

Holt, J. G., Krieg, N. R., Sneath, P. H. A., Staley, J. T., Williams, S. T. (1994). Bergey's manual of determinative bacteriology. 9 ed. M. D., Williams, C., Wilkins. Baltimore, USA. 606 p.

ICLAM (1988). Determinación de la concentración de hidrocarburos y metales pesados en agua, sedimento y biota del Lago de Maracaibo. Informe Técnico. Instituto para el Control y la Conservación del Lago de Maracaibo. 47 p.

Islam, S., Ahmed, K., Raknuzzaman, M., Al-Mamun, H., Kundu, G. (2017). Heavy metals in the industrial sludge and their ecological risk: A case study for a developing country. Journal of Geochemical Exploration. 172: 41-49.

Jacob, J. J., Varalakshmi, R., Gargi, S., Jayasri, M. A., Suthindhiran, K. (2018). Removal of Cr (III) and Ni (II) from tannery effluent using calcium carbonate coated bacterial magnetosomes. NPJ Clean Water. 1: 1-10.

Katz, S., Salem, H. (1994). The biological and environmental chemistry of chromium. 1 ed. Wiley-VCH. New York, USA. 214 p.

Kotrba, P., Mackova, M., Fišer, J. y Macek, T. (2011). Biosorption and metal removal through living cells. En: P. Kotrba, M. Mackova, J. Fišer y T. Macek (Eds.): Microbial biosorption of metals. Springer Science + Business Media B. V. Dordrecht. p.p. 197-233.

León, Y., De Sisto, A., Inojosa, Y., Malaver, N., Naranjo, L. (2009) Identificación de biocatalizadores potenciales para la remediación de desechos petrolizados de la faja petrolífera del Orinoco. Revista de Estudios Transdisciplinarios. 1(2): 11-24.

Limcharoensuk, T., Sooksawat, N., Sumarnrote, A., Awutpet, T., Kruatrachue, M., Pokethitiyook, P. (2015). Bioaccumulation and biosorption of Cd2+ and Zn2+ by bacteria isolated from a zinc mine in Thailand. Ecotoxicology and Environmental Safety. 122: 322-330.

Lobo, C., Arturi, T., Bertola, N., Contreras, E. (2013). Evaluación del desarrollo de biopelícula para el tratamiento de agua residual de industria láctea. AAIQ Asociación Argentina de Ingenieros Químicos-CPSQ. 1-11.

MacFaddin, J. 2004. Pruebas bioquímicas para la identificación de bacterias de importancia clínica. 3 ed. Editorial Panamericana, Madrid, España. 850 p.

Marín-Leal, J. C., Carrasquero-Ferrer, S. J., Pire-Sierra, M. C., Behling de Calmón, E. H. (2017). Dynamic of priority pollutants and wastewater adequacy in the Lake Maracaibo basin (Venezuela). Chapter 29. En: C. V. M. Araújo, Cândida Shinn (Eds.): Ecotoxicology in Latin America. Nova Science Publishers, Inc. USA. pp. 457-479.

Martín-Cereceda, M., Álvarez, A., Serrano, S., Guinea, A. (2001). Confocal and light microscope examination of protozoa and other microorganisms in the biofilms from a rotating biological contactor wastewater treatment plant. Acta Protozoolagica. 40: 263-272.

Murray, P., Baron, E., Pfaller, M., Tenover, F. Yolken, R. (1999). Manual of clinical microbiology. 6 ed. ASM Press, Washington D. C., USA. 1773 p.

Naik, M. M., Dubey, S. K. (2013). Lead resistant bacteria: lead resistance mechanisms, their applications in lead bioremediation and biomonitoring. Ecotoxicology and Environmental Safety. 98: 1-7.

Najafpour, G., Yieng, H., Younesi, H., Zinatizadeh A. (2005). Effect of organic loading on performance of rotating biological contactors using palm oil mill effluents. Process Biochemistry. 40(8): 2879-2884.

Nowak, O. (2000). Upgrading of wastewater treatment plants equipped with rotating biological contactors to nitrification and P removal. Water Science and Technology. 41: 145-153.

Okabe, S., Hiratia, K., Ozawa, Y., Watanabe, Y. (1996). Spatial microbial distributions of nitrifiers and heterotrophs in mixed-population biofilms. Biotechnology and Bioengineering. 50(1): 24-35.

Páez-Osuna, F., Frías-Espericueta, M. (2001). Bioacumulación, distribución y efectos de los metales pesados en los peneidos. En: F., Páez (Ed.): Camaronicultura y medio ambiente. Universidad de Texas. Austin, USA. p.p. 244-270.

Panigatti, M., Griffa, C., Boglione, R., Gentinetta, F., Cassina, D. (2012). Uso de Escherichia coli para biorremediación de efluentes contaminados por cromo (VI). Av. Cien. Ing. 3(2): 11-24.

Pérez, J. (2010). Aplicación y evaluación de un reactor de contactores biológicos rotativos (RBC o biodiscos) a escala laboratorio como tratamiento de los lixiviados generados en el relleno sanitario de la pradera. Tesis de Maestría. Universidad de Medellín. Colombia. 185 p.

Ramírez, B., Hidalgo, A., Ordinola, A., Vieyra, E., Palacios, P., Ordinola, J. (2016). Eficiencia de cepas bacterianas aisladas del manglar para biorremediar suelos contaminados con petróleo. Revista Química Viva. 15(1): 20-30.

Reynolds, J. (2002). Laboratory procedures manual. Richland College. Dallas, USA. 87 p.

Rodríguez, G. (2000). El sistema de Maracaibo, biología y ambiente. 2 ed. Instituto Venezolano de Investigaciones Científicas (IVIC). Caracas. 241 p.

Salazar-Lugo, R. (2009). Estado de conocimiento de las concentraciones de cadmio, mercurio y plomo en organismos acuáticos de Venezuela. Revista Electrónica de Veterinaria. 10(11). Disponible en: http://www.veterinaria.org/revistas/redvet/n111109/110909.pdf

Santos, A., Alonso, E., Riesco, P. (2005). Influence of cadmium on the performance of an activated SBR sludge treatment. Environmental Technology. 26(2): 127-134.

Srinath, T., Verma, T., Ramteke, P., Garg, S. (2002). Chromium (VI) biosorption and bioaccumulation by chromate resistant bacteria. Chemosphere. 48: 427-435.

Taseli, B., Gökçay, C., Gürol, A. (2008). Influence of nickel (II) and chromium (VI) on the laboratory scale rotating biological contactor. Journal of Industrial Microbiology & Biotechnology. 35: 1033-1039.

Tawfik, A., Temmink, H., Zeeman, G., Klapwijk, B. (2006). Sewage treatment in a rotating biological contactor (RBC) system. Water, Air, and Soil Pollution. 175: 275-289.

Teitzel, G., Parsek, M. (2003). Heavy metal resistance of biofilm and planktonic Pseudomonas aeruginosa. Applied and Environmental Microbiology. 69(4): 2313-2320.

Tyagi, R., Tran, F., Chowdhury, A. (1993). Biodegradation of petroleum refinery wastewater in a modified rotating biological contactor with polyurethane foam attached to the disks. Water Research. 27(1): 91-99.

Vullo, D. (2003). Microorganismos y metales pesados: una interacción en beneficio del medio ambiente. Revista Química Viva. 2(3): 93-104.

Welter, A., Romero, J., Grumelli, Y., Sánchez, J., Ascar, G. (2004). La biopelícula en los procesos RBC. AIDIS. Fecha de consulta: 10-04-2018. Disponible en: http://www.bvsaidis/argentina14/welter.pdf.