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Título : Evaluación de consumo de sustrato y toxicidad microbiana de cobre (Cu (II)) y zinc (Zn (II)) en bacterias sulfato-reductoras presentes en sedimentos anaerobios
Autor : Ochoa, Valeria (dir)
Calderón Carvajal, Diana Joella
Descriptores / Subjects : Microbiología
Genética Bacteriana
Bacterias Anaeróbicas
Fisiología
Fecha de Publicación : dic-2016
Ciudad: Editorial : Quito: USFQ, 2016
Cita Sugerida : Tesis (Ingeniera en Procesos Biotecnológicos), Universidad San Francisco de Quito, Colegio de Ciencias Biológicas y Ambientales; Quito, Ecuador, 2016
Resumen / Abstract: Ecuador constituye un país con excelentes recursos minerales y actualmente impulsa importantes proyectos mineros con el objetivo de aportar significativamente a la economía del país. Estrechamente relacionado con esta actividad se encuentra la generación de drenajes ácidos de mina (DAM), caracterizados por su elevada acidez, alto contenido de metales pesados disueltos y altas concentraciones de iones sulfatos. El uso de bacterias sulfato-reductoras ha sido ampliamente estudiado y es considerada como una técnica de remediación altamente eficiente y accesible para el tratamiento de este tipo de descargas ácidas. En este proyecto de investigación se evaluó el consumo de sustrato y los efectos de cobre (Cu (II)) y zinc (Zn (II)) en el metabolismo de las BSR presentes en los sedimentos de una laguna artificial con el objetivo de determinar bajo qué parámetros se promueve su crecimiento y proliferación, además de conocer los rangos de concentración de metales que pueden tolerar estos microorganismos sin alterar considerablemente su metabolismo. En la primera etapa del estudio se monitoreó el funcionamiento del sistema de remediación compuesto por un biorreactor sulfato-reductor y una pre-columna de piedra caliza para la remoción de (Cu (II)) alimentado con 2500 mg DQO-acetato L-1 y 2000 mg SO42- L-1 durante dos fases de operación. El biorreactor generó alrededor de 75 mg L-1 de sulfuro biogénico y presentó porcentajes de reducción de sulfato, reducción de cobre disponible en solución y reducción de materia orgánica del 37, 91 y 65%, respectivamente. En la segunda fase de esta investigación se evaluó la actividad máxima específica de consumo de sulfato y producción de sulfuro de los microorganismos presentes en los sedimentos anaerobios de la laguna artificial. El tratamiento con una relación DQO-acetato/sulfato de 0.75 fue el más eficiente, registrando una actividad máxima específica de consumo de sulfato y de producción de sulfuro de 10664.21 mg SO42- kg-1 SSV d-1 y 1481.73 mg S2- kg-1 SSV d-1, respectivamente. En la última etapa se evaluó el efecto de Cu (II) y Zn (II) en el metabolismo sulfato-reductor de estos microorganismos. La concentración de Cu (II) que produjo un 20% de inhibición (IC20) fue 10.25 mg L-1, mientras que para Zn (II) fue 9.33 mg L-1, el IC50 para Cu (II) fue de 39.73 mg L-1 y en el caso del Zn (II) fue de 28.26 mg L-1. No se determinaron valores para IC80 bajo las condiciones evaluadas. Por otra parte, la presencia de 15 mg L-1 de Cu (II) y 15 mg L-1 de Zn (II), generó un efecto antagónico para el consorcio microbiano, ya que redujo la actividad máxima específica de reducción de sulfato a 64.5%. Las BSR constituyen microorganismos versátiles, capaces de producir sulfuro y consumir sulfato bajo diversas condiciones de operación, lo que demuestra que este tipo de tratamiento puede ser aplicado exitosamente en la remediación de los DAM.
Descripción : Ecuador is a country with excellent mineral resources, and nowadays, it is promoting important mining projects with the aim of contributing to the economy significantly. Closely related to this activity is the generation of acid mine drainage (AMD), which are characterized by their high acidity, high content of dissolved heavy metals and high concentrations of sulfate ions. The use of sulfate-reducing bacteria has been widely studied and is considered as a highly efficient and accessible alternative for remediation of this type of acid discharge. In this research project, the substrate consumption and the effects of copper (Cu (II)) and zinc (Zn (II)) on the metabolism of sulfate-reducing bacteria present in the sediments of an artificial lagoon were evaluated with the aim of determine under which parameters microbial growth and proliferation were promoted; and also determine the metal concentration ranges where these microorganisms can tolerate without changing considerably their sulfate-reductor metabolism. The first stage consisted in monitoring the operation of a sulfate-reducing bioreactor remediation system with a limestone pre-column for the removal of copper fed with 2500 mg COD-acetate L-1 and 2000 mg SO42- L-1 throughout two operational phases. The bioreactor produced about 75 mg L-1 of biogenic sulfide; it also presented percentages of sulfate reduction (37%), reduction of copper available in solution (91%), and organic matter reduction (65%). In the second phase of this research, the maximum specific activity of sulfate consumption, and the sulfide production of the microorganisms present in anaerobic sediments with 1.25, 1.0 and 0.75 COD-acetate / sulfate ratios were evaluated. The treatment with a COD-acetate / sulfate ratio of 0.75 was the most efficient because it had a maximum sulfate consumption and sulfide production activity of 10664.21 mg SO42- kg-1 VSS d-1 and 1481.73 mg S2- kg-1 VSS d-1 respectively. The last stage of this research involved the evaluation of the effect of copper (Cu (II)) and zinc (Zn (II)) on the metabolism of the sulfate-reducing bacteria. The Cu (II) concentration which produced 20% inhibition (IC20) was 10.25 mg L-1, while for Zn (II) was 9.33 mg L-1, the IC50 value for Cu (II) was 39.73 mg L-1, while in the case of Zn (II), was 28.26 mg L-1. No IC80 values were determined under the conditions evaluated in this research. Moreover, the presence of 15 mg Cu L-1 and 15 mg Zn L-1 represented an antagonistic effect for the microbial consortium, since it reduced the maximum specific activity of sulfate reduction to 64.5 %. The sulfate-reducing bacteria are versatile microorganisms, capable of produce sulfide and consume sulfate under many operating conditions, which demonstrate that this type of treatment can be successfully applied in the remediation of AMD.
URI : http://repositorio.usfq.edu.ec/handle/23000/5925
Aparece en las colecciones: Tesis - Ingeniería en Procesos Biotecnológicos

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