Evaluación de bacterias sulfuro oxidadoras para el tratamiento de aguas residuales domésticas producidas en la Facultad de Ciencias de la Pontificia Universidad Javeriana

Abstract

El agua residual domestica presenta cargas variables de materia orgánica y sulfuros los cuales son los causantes de los olores ofensivos en los sistemas de alcantarillado, cuerpos de agua de la ciudad y pueden causar corrosión en tuberías. Los sulfuros en altas concentraciones generan olores en las plantas de tratamiento, así como una disminución en la eficiencia de las mismas. Por lo tanto, es un tema de gran interés la búsqueda bacterias que puedan transformar estos compuestos para liberados en formas de azufre no gaseosos como sulfatos y azufre elemental. Las bacterias sulfuro oxidadoras en cooperación con microorganismos heterotróficos puedan mejorar el tratamiento del agua residual doméstica. Por esta razón, el objetivo del presente trabajo de grado fue disminuir las concentraciones de DQO y sulfuros del agua residual domestica (ARD) producida en la facultad de ciencias de la Pontificia Universidad Javeriana empleado diferentes consorcios de bacterias sulfuro oxidadoras (BSO).

En el presente estudio se realizó la reactivación de cinco consorcios desarrollados por Espinoza y Muñoz en 2020, a estos consorcios se les realizo una prueba de tolerancia al agua residual doméstica al 100 % (v/v). Adicionalmente, con esta prueba se recuperaron y seleccionaron 10 bacterias y 4 levaduras heterotróficas, las cuales se convirtieron en el inoculo o consorcio heterotrófico degradador de materia orgánica bajo condiciones aeróbicas, mesofílicas y pH cercano a la neutralidad. Se observaron diferencias significativas entre consorcios (p<0,05) siendo el mejor consorcio el C4, con el cual se obtuvo porcentajes de remoción de 60 % y 70 %, para DQO y sulfuros.

Posteriormente se realizó un diseño experimental Plackett Burman (PB) para seleccionar las condiciones de operación a escala de Erlenmeyer que favorecían la remoción de DQO y sulfuros. Para este diseño se realizaron otras determinaciones asociadas con la concentración de amonio, nitratos, nitritos, sulfatos y ortofosfatos, pero no fueron incluidos como variables de respuesta principales para el diseño de PB. A partir del análisis de varianza se determinó que para la remoción de DQO los factores influyentes fueron la adición del inóculo de BSO (Factor A), (p =0,0307) y el factor F o temperatura (p = 0,0070). Con unos porcentajes de contribución sobre la remoción de DQO del 43, % y 22, 3 %. En relación con la remoción de sulfuros los factores que favorecieron la remoción de estos contaminantes fueron A (p = 0,0321), D (p = 0,0263) y F (p = 0,0434). Con unos porcentajes de contribución del 35,23 %, 25,34 % y 19, 45 %, respectivamente para A, D y F. A la comparación de medias entre tratamientos, se observaron diferencias significativas entre los 12 tratamientos (p<0,05), siendo los mejores T5 y T6 con porcentajes del 63 % y 55 %, para la remoción de DQO. Para la remoción de H2S la mayor remoción se obtuvo con el T6 (93 %). Las condiciones del T6 seleccionadas para realizar las cinéticas de remoción fueron: Agua residual doméstica sin esterilizar, inoculada con 5 % (v/v) de bacterias sulfuro oxidadoras (BSO), 1 % (v/v) de un consorcio 1:1 de bacterias y levaduras heterotróficas, a un pH de 7,0, por 3 días de tratamiento y con una temperatura preferencial de 30 ºC.

Por otro lado, se validó si los tres consorcios (C1, C3 y C5) seleccionados como potenciales en las pruebas de tolerancia se comportaban de forma similar o diferente al cultivarlos bajo las condiciones del tratamiento 6. Estas pruebas se realizaron a escala de Erlenmeyer de 500 mL y se estableció que al realizar el escalamiento del tratamiento seis con el consorcio 3, se obtuvieron las remociones más altas con porcentajes del 95 ± 5,6 y 76 ± 0,4 para DQO y sulfuros.

Se realizó una cinética de remoción para el consorcio C3 por un periodo de 4 días en una planta piloto que estaba compuesta por un reactor biológico de aireación forzada de 10 L y un sedimentador secundario de 15 L. Las cinéticas se evaluaron por 4 días para estudiar el comportamiento de la DQO, sulfuros, sulfatos, amonio, nitratos, nitritos, ortofosfatos y recuento de bacterias BSO, bacterias heterotróficas totales (BHT) y levaduras totales (LT). Como control se realizó otra cinética en la cual no se adicionó ninguno de los inóculos y se valoró la capacidad de los microorganismos del agua residual domésticas (MARD), para remover los parámetros de interés. Para la cinética que tenía BSO, BHT, LT y MARD las remociones fueron de 53 % de DQO y 100 % para sulfuros a los 4 días de retención hidráulica en el reactor biológico y 1 hora de sedimentación secundaria. Adicionalmente se obtuvieron resultados satisfactorios en la remoción de nitratos (33,3 %) y nitritos (25 %). Los resultados obtenidos en esta cinética fueron superiores al control absoluto, en especial para la remoción de DQO y sulfuros, ya que la remoción fue de 15,6 y 32 % respectivamente.

Por último, se realizaron 3 bioensayos de toxicidad aguada con 3 modelos diferentes en los cuales para el modelo vegetal (Lactuca sativa) se determinó que para los tratamientos de ARD tanto en el tiempo 0 como en la salida del biorreactor y sedimentador se genero una inhibición de crecimiento que oscilo entre los valores de 16 a 50 %. Por otro lado, para el modelo bacteriano se determinó que el ARD tratada desde el tiempo 0 hasta la salida del sedimentador reporto índices mutagénicos por encima de 2, lo que indica presencia de compuestos mutagénicos, esto tanto para la cepa TA98 como para la cepa TA100 de Salmonella thiphimurium. Finalmente para el modelo animal (Daphnia magna) se concluye que el ARD no contiene ningún compuesto que cause la mortalidad de los neonatos sino por el contrario, es el tratamiento del ARD lo que genera el compuesto causante de la muestre de los neonatos ya que en las cinéticas de tratamiento en el tiempo 0 no existe mortalidad, mientras que en la hora 96 y 98 se alcanzan porcentajes de mortalidad del 100 %.