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Uso de bacterias sulfúricas púrpuras y verdes para la eliminación de H2s contenido en aguas tratadas, utilizadas para el riego (página 2)


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Como ya se mensionó la actividad de oxidación de éste ácido por cier tas bacterias, puede ser favorable, puesto que disminuye la dosis de concentración, primero en el agua de riego, después reduce los daños patógenos que pueden ser provocado por la presecia del mismo en el agua hacia diversos organismos. La actividad especìfica que hemos mensionados es llevada a cabo por el grupo de bacterias clasificadas en el grupo de las fortótrofas del asufre.

Las bacterias fototrófas anoxigénicas son un grupo diverso de microorganismos, que habitan generalmente zonas anaerobias de los sistemas acuáticos con exposición a la luz (Pfennig, 1967 y 1978, citados en Zehnder, 1988; Núñez-Cardona, 2003 ) y debido a su capacidad fotosintética, convierten la energía luminosa en química.

El fotometabolismo de las bacterias del azufre es estrictamente anaerobio por lo que el oxígeno molecular no es un producto de la fotosíntesis; para realizar dicho proceso utilizan como donadores de electrones compuestos relacionados con el azufre como el sulfuro de hidrógeno(H2S), tiosulfato(S2O3-2), metionina o compuestos orgánicos simples de peso molecular bajo (Pfennig, 1977, Stanier et al., 1977, citados en Zehnder, 1988, Núñez-Cardona, 1998, Trüper y Pfennig, 1981 y Drews e Imfoff 1991).

La importancia radical de estas bacterias es que al utilizar como fuente de electrones los compuestos reducidos del azufre lo almacenan como particulas de azufre elemental en forma oxidada, tal como lo llevan a acabo las bacterias rojas del azufre de la familia Chromatiaceae que se encuantran en el subgrupo de las g – Proteobacteria (Overmann, 2001), pueden presentar formas esféricas, en espiral, bacilos o vibrio; con diámetros entre 1.0- 6.0 mm; con arreglos de 1 o más células y son Gram negativa. En muchos casos, su reproducción es por fisión binaria o algunas por gemación. Pueden ser móviles, gracias a la presencia de flagelos o por deslizamiento, aunque algunas presentan vacuolas con gas que les permite flotar. En general, los pigmentos de las bacterias fotosintéticas pueden estar localizados en la membrana citoplasmática o en el sistema membranal intracitoplasmatico (Holt et al., 1994; Pfenning et al., 1998 y Madigan et al., 2000).

COMPUESTOS AZUFRADOS EN EL AGUA

Los compuestos azufrados son muy comunes en el agua; cuando los compuestos orgánicos en cuya molécula está presente el azufre son descompuestos por bacterias, el producto inicial sulfurado está generalmente de forma reducida, es decir en forma de H2S. Esto es debido a la presencia de bacterias en el agua que son capaces de reducir iones sulfato a H2S, de la forma como lo hace la desulfovibrio, la actividad metabólica de reducción de sulfatos se lleva a cabo de la siguiente forma:

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Como ya se dijo, algunas bacterias pueden reducir iones sulfatos a H2S, otras pueden oxidar el H2S a un estado de oxidación más alto. Las bacterias púrpuras y verdes del azufre obtiene energía de procesos metabólicos a travès de la oxidación del H2S. estas bacterias utilizan CO2 como medio de carbono y son estrictamente anaeróbicos, sin embargo algunas bacterias del azufre son aeróbicas , es decir pueden utilizar el oxígeno molecular para oxidar H2S, de acuerdo a la siguiente reacción:

edu.redSulfuro elemental:

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O con iones tiosulfato: H2S

La oxidación del sulfuro en un estado de oxidación del ion sulfato produce àcido sulfhídrico, un ácido fuerte. El sulfuro elemental puede depositarse como grànulo en la célula bacteriana púrpura del azufre que se observa con un color rojo obscuro.

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Para cuantificar la cantidad de H2S oxidado por las bacterias rojas del azufre se han empleado biorreactores de medicion de salida de gas que mide la disolucion subsecuente a sulfuro elemental, de las ecuaciones>

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El sulfuro producido biologicamente ( o biosulfuro) es formado en particulas de aproximadamente 0.1- 1 mm, los cuales son estabilizados por la materia organica, tales como proteinas. Las particulas pueden formar agregados de sulfuro elemental, con diametro arriba de 3 mm ( Kleijal, et al., 2003).

Las bacterias rojas contienen pigmentos de clorofilas llamados bacterioclorofila y ademas una variedad de pigmentos carotenoidicos, estos pigmentos dan el color a estas bacterias, el azufre elemental oxidado(S0 ) es almacenado como granulo dentro de las celulas.

El proceso fototrófico que usan las bacterias del azufre, H2S como donador de electrones, microscópicamente se almacenan en forma de glóbulos de azufre elemental alrededor de la célula bacteriana. La reacción que resume este fenómeno metabólico bacteriano se representa en la siguiente ecuación química:

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Donde (CH2O) forma el material orgánico intracelular; como los carbohidratos que utiliza la célula bacteria como fuente de carbono.

El S0 producido por éste ciclo bacteriano de inmediato puede ser oxidado a la 2-forma de ion SO4 después que el H2S ha sido consumido. En general las bacterias púrpuras en tres familias: Chomatiaceae, Ectothiorhodospiraceae y Rhodospirillaceae, del otro lado están las bacterias verdes del azufre que forman una familia muy pequeña de las Chlorobiaceae. El S0 globular acumulado intracelularmente, en algunas bacterias del grupo chromatiacea corresponde a un intermediario durante la oxidación del S2O32- (Brune, 1988).

La capacida de oxidar compuestos reducidos de azufre en ausencia de oxígeno representa una gran importacia tanto ecológia y biogeoquímica en las formas más importante de bacterias púrpuras y verdes, ya que ambos grupos se encuentran en condiciones ambientales altamente selectivos anoxigénicamente conteniendo H2S en aguas dulce y saladas. Todas las especies de bacterias verdes del azufre son estrictamente anaeróbicas y fototróficamente obligadas, sin embargo muchas especies de bacterias púrpuras toleran el oxígeno en bajas concentraciones y son facultativamente quimioautotróficas, habitan aguas dulces y aguas ricas en sales (marinas), ademàs soportan diferentes rangos de pH que van desde alcalino hasta lentamente ácidos (Pfenning, 1981). A lo largo de su actividad sintética, estas bacterias tienen un potencial de oxidación para la fermentación propia de productos bacterianos, incluyendo ácidos grasos, alcoholes, ácidos dicarboxílicosy algunos compuestos aromaticos, llevàndolos a CO2 . ciertas bacterias de Desulfovibrio excretan acetato como producto final de la oxidación incompleta de substrato, llevandolas a CO2 . Especies de Desulfobacter postgatei, es especial para usar acetato, la cual utiliza como fuente de carbono y reserva de energía.

La gran mayoría de las bacterias que utilizan el H2S como recurso energético han sido aisladas de fuentes marinas ( Jorgensen, 1982).

TÉCNICA PARA LA CUANTIFICACIÒN DE H2S UTILIZADA PARA ESTÀNDAR DE EXPERIMENTACIÓN CON BACTERIAS

El método se basa por una parte en la finalidad del yodo por el Hidrógeno y por otra parte en la afinidad de la plata por el azufre. Esto permite así:

— Seleccionar las diversas categorías de azufre

— Determinar por adición directa de una solución de yodo, todas las formas reductoras del azufre, o sea el azufre total;

— Determinar el sulfuro de hidrógeno arrastrándolo por una corriente de hidrógeno y restando de la determinación precedente el resultado de una nueva medida yodométrica.

— determinar los tiosulfatos por una nueva medida después de la precipitación del sulfuro de hidrógeno y de los sulfuros con plomo y calcular el contenido de sulfuros con una simple diferencia con el resultado precedente.

— determinar el azufre total del sulfuro de hidrógeno, de los sulfuros y de los polisulfuros según la cantidad de iones plata absorbidos en la precipitación de estos compuestos. La diferencia con el resultado de la medida de estos compuesto por yodometría, da el azufre sobreañadido por los polisulfuros.

TOMA DE LA MUESTRA

Para tomar las muestras de agua destinada para la determinación de azufre y de sus compuestos, efectuaremos la toma con las menos perturbaciones posibles. Para ello utilizaremos un aparato especial. Con un frasco esterilizados completamente y sumergirlo a favor de la corriente del agua.

REACTIVOS:

—- Solución saturada de cloruro bárico

—- Solución de yodo N/10

—- Engrudo de almidón

—- Carbonato o sulfato de plomo puro

—- Solución de nitrato de plata N/10

—- Solución de plumbito sódico:

Acetato de plomo (baja concentración)………………… 10 ml

Agua destilada ……………………………………………. 50 ml

Solución de sosa (d= 1.336) …………………………….. 50 ml

Calentar hasta disolución y dejar que se enfríe

—- Papel de acetato de plomo

—- Amoníaco de plomo

—- Solución de cianuro potásico N/10

PROCEDIMIENTO

Se tomarán 250 ml de agua sulfurosa como muestra problema, a la que se deben agregar 5 ml de una solución saturada de cloruro bárico, para precipitar los sulfatos y los carbonatos. Después filtrar de modo que no le dé el aire. El filtrado no debe precipitar más después de añadir 1 ó 2 gotas de solución de cloruro bárico.

1.- DETERMINACIÓN DEL AZUFRE TOTAL

Para éste objetivo tomaremos en un vaso de precipitado 51 ml del filtrado (agua que no contenga sulfatos ni carbonatos), lo que corresponde a 50 ml de agua sulfurosa primitiva. Añadir 1ml de de engrudo de almidón y valorar con la solución de yodo N/10 hasta coloración azul. Sea n el nùmero de mililitros de solución de yodo N/10 vertidos. El azufre total (sulfuro de hidrógeno, sulfuros, tiosulfatos) expresado en gramos de azufre

DETERMINACIÓN DEL SULFURO DE HIDROGENO LIBRE

Tomar en un frasco cerrado por un tapón con dos aberturas, 51 ml de filtrado precedente. Sumergir el frasco en un baño de agua a 60ºC. Hacer pasar por una de las aberturas un tubo que llegue al fondo del matraz por el que se inyecta una corriente de hidrogeno lavada, que arrastra el sulfuro de hidrogeno por el otro tubo. Detener la corriente gaseosa cuando el gas, ala salida del frasco, no ennegrezca más una gota de plúmbico sodico o un papel de acetato de plomo. Sumergir entonces el frasco en agua fría, manteniendo la corriente de hidrogeno. Una vez enfriado, añadir un mililitro de engrudo de almidón y valorar con la solución de yodo N/10 hasta coloración azul. Sea n1 el número de mililitros de yodo N/10 vertidos.

n1 x 0,032 =P gramos de azufre. La diferencia entre el azufre total y P representa el azufre del sulfuro de hidrogeno.

DETERMINACIÓN DE LOS SULFUROS, TIOSULFATOS Y SULFITOS

Introducir en un frasco de tapón esmerilado, 60 ml del filtrado inicial. Añadir 2 o 3 gramos de carbonato o de sulfato de plomo para absorber el azufre del sulfuro de hidrogeno y de los sulfuros. Filtrar. Tomar 51 ml de este nuevo filtrado. Añadir un mililitro de engrudo de almidón y valorar con la solución de yodo N/10 hasta coloración azul.

Sea n1 el número de mililitros de yodo N/10 vertidos. H (azufre de los tiosulfatos y de los sulfitos) = n2 x o, o32; P-H = azufre de los sulfuros.

Si se quiere determinar el azufre de los sulfitos, separar los 51 ml del filtrado en dos partes iguales. En una de ellas, determinar el azufre de los tiosulfatos y de los sulfitos, como anteriormente. En la otra, complejar los sulfitos con formol. Y valorar con la solución de yodo N/10. El volumen de solución de yodo así vertido corresponde al azufre de los tiosulfatos. Por simple diferencia, calcular el azufre de los sulfitos.

Para expresar los sulfitos en SO3 = (g/1), multiplicar el azufre de los sulfitos expresado en S = (g/1) por 2,5.

Para expresar los tiosulfatos en S2 O3 = (g/1), multiplicar el azufre de los tiosulfatos expresados en S = (g/1) por 3,5.

DETERMINACIÓN DE LOS POLISULFUROS

La determinación se efectúa con el agua primitiva. Introducir 50 ml de agua sulfurosa en un vaso de precipitados. Añadir 10 ml de amoniaco y 20 ml de solución de nitrato de plata N/10. Completar a 100 ml con agua destilada. Tomar 50 ml de filtrado y determinar con una solución de cianuro potasi co N/10 la plata residual. Deducir la plata combinada en estado de sulfuro de plata y por consiguiente el azufre que esta unido a el y que corresponde al azufre del sulfuro de hidrogeno de los monos y polisulfuros.

Sea X el número de mililitros de cianuro potasico N/10 vertidos. El azufre S = de los polisulfuros (g/1) = (20—x) x o, o32 x 2.

DETERMINACIÓN DEL H2S POR EL MÈTODO CUANTITATIVO

MATERIAL Y MÈTODO

REACTIVOS Na2S

H2SO4

Pb(CH3COO)2 0.090 M Na2HPO4 4mM

DESCRIPCIÓN DEL MÈTODO ANALÍTICO PREPARACIÓN ESTÁNDAR DEL H2S

El H2S estándar se prepara de la reacción química de 1 gr. de Na2S con 11 ml de H2SO4 0.1N en un frasco herméticamente cerrado de 100 ml. El frasco se sella de inmediato después de agregar el Na2S, luego se inyecta el H2SO4 en el recipiente con mucho cuidado.

DESCRIPCIÓN DEL MÈTODO

1).- Tomar 0.01 ml, 0.1 ml, 0.3 ml, 0.7 ml y 1 ml del H2S antes preparado (estándar) y vaciarlos en diferentes tubos de ensayo que contengan 2 ml de solución 0.09 M de Pb(CH3COO)2 (Merck) y sellar, lo que produce un precipitado negro de PbS. El contenido de cada frasco se filtra con papel WHATMAN 40 y se transfieren a matraces volumétricos de 250 ml y aforar. (cada punto tiene cinco réplicas).

Del contenido de cada matraz volumétrico se toman alícuotas de 100 ml y se titulan con con solución de NaHPO4 4 nM (Merck), se mide la conductividad de cada volumen del titulante agregado con un conductímetro Copenhegen CDM80

Radiómetros (el conductímetro se calibra usando una solución de KCl como estándar, Radiómetro, con conductividades de 20 mS/cm y 100 mS/cm respectivamente a 25ª C. En cada caso particular, el punto de equivalencia se determina con la curva de titulación conductimétrica . una vez a justada la curva por regresión lineal ( Líneas rectas descendentes y ascendentes), el punto de equivalencia es la intercepción entre ellos.

Para determinar la concentración final del ión Pb2+ después de la reacción con H2S la cantidad de H2S absorbido es determinado indirectamente, de acuerdo a la siguiente relación:

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La preparación estándar será analizada por el método yodomètrico propuesta por ayres.

DESARROLLO DEL CULTIVO E INÓCULO

Para el análisis de producción gaseosa se utilizarán bacterias mixtas oxidadotas del H2S, cada minibiorreactor debe inocularse con 2 ml del inóculo de bacterias, el medio de cultivo debe componerse por:

El crecimiento bacteriano será medido con la densidad óptica a 530 nm.

El análisis químico del H2S absorbido en el colector de gas debe hacerse usando el método de conductimetría descrito arriba. Se toman 500 ml de cada determinación, se centrifuga a 10000 rpm durante 10 minutos y 300 ml del correspondiente supernadante y diluirlo a 100 ml para analizarla.

El H2S es liberado durante el cultivo bacteriano, el cual es colectado en una solución de Pb(CH3COO)2 0.09 M de la reacción.

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El exeso de Pb+2 es determinado por titulación con una solución de Na2HPO4 4mM.

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En èste paso, el H2S formado en el proceso fermentativo es cuantificado indirectamente.

Se evalúa la curva de titulación ( curva de formación de precipitado) ( Ayres, 1968), el punto de equivalencia es la intersección entre ellos.

BIBLIOBRAFIA

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Autor:

Mario de Jesús Casimiro Reyes

Estudiante de la licenciatura de Química Farmacéutica Biológicas

Profesora:

Dra. Kasuko Aoki Maki

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA METROPOLITANA- XOCHIMILCO

DIVISIÓN DE CIENCIAS BIOLÓGICAS Y DE LA SALUD ENERGÍA Y CONSUMO DE SUSTANCIAS FUNDAMENTALES

16 DE MAYO DE 2006.

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