Estudio de sistemas de cultivo para la remoción de Cr(VI) con aislamientos de levaduras de ambientes contaminados y no contaminados

Abstract

La contaminación ambiental es uno de los grandes problemas que enfrenta actualmente la humanidad a causa del avance tecnológico y el crecimiento poblacional, particularmente, la contaminación con Cr(VI) es un problema que afecta al mundo entero. Dentro de las estrategias de remediación empleadas para enfrentar esta situación se encuentra la biorremediación con microorganismos, entre ellos, las levaduras, debido a sus particulares características metabólicas. Tal es el caso de Cyberlindnera jadinii M9, Wickerhamomyces anomalus M10, Candida sp. 16 y Debariomyces hansenii 38, aisladas de ambientes contaminados y prístinos. En este sentido, el objetivo de este trabajo fue el estudio de procesos biotecnológicos utilizando levaduras aisladas de ambientes contaminados o no contaminados, para la remoción de Cromo hexavalente, Cr(VI), a partir de efluentes industriales. Inicialmente, se estudió la tolerancia de 9 aislamientos antárticos de levaduras, de los cuales se seleccionaron dos por su capacidad de tolerancia y remoción frente a 52 µg.mL-1 de Cr(V). También se seleccionó el medio más apropiado para su crecimiento y se comparó con cepas provenientes de ambientes contaminados. Se estudió cual el mecanismo de remoción mediante técnicas de Espectrometría de Absorción Atómica y Microscopía Electrónica y el mecanismo que más se aproxima es la reducción de Cr(VI) a Cr(IIII). Se realizó el enfrentamiento de las cuatro cepas en estudio, para lograr cultivos mixtos, y se observó que no hay interacciones negativas entre ellas, pero a pesar de esto, la eficiencia de remoción de todas las combinaciones evaluadas no fue superior a la remoción de Wickerhamomyces anomalus M10 en cultivo puro. Por lo que se seleccionó esta cepa para el escalamiento en biorreactor instrumentado, el cual se estudiaron distintas condiciones en sistema batch para optimizar la reducción de 1 mM del metal, modificando el pH y los niveles de aireación/agitación utilizando el medio “Optimizado” previamente para la cepa M10. De acuerdo con los resultados obtenidos, se pudo reducir la totalidad del Cr(VI) en un plazo de 20 horas cuando se programó un control de oxígeno al 40% y el pH en 5,5. En estas condiciones, la levadura logró una reducción del 90% del metal, luego del agregado de un pulso adicional del mismo. También se propuso el diseño de un sistema en Continuo, el cual tuvo eficacia en la reducción completa de 25 µg.mL-1. Como estrategia adicional, se prosiguió con la inmovilización de la levadura. Se estudiaron diferentes soportes, pero el Alginato de Calcio, presentó mayor eficiencia debido a su integridad constante a lo largo del proceso, buena retención celular y a los niveles de reducción observados. Se evaluaron distintas relaciones entre el volumen del medio y el ocupado por las perlas (Vp/Vm) y los resultados evidenciaron que el Cr(VI) es reducido en 92,36% a las 24 h con Vp/Vm=1 mientras que en una relación menor (0,5) se alcanzaron valores similares a las 48 h. Se escaló el proceso de inmovilización en un reactor tipo Airlift, de 3 L de volumen de trabajo en las condiciones que más favorecieron en batch y a Vp/Vm=0,5. Paralelamente se caracterizó un efluente obtenido de la industria del cromado decorativo, cuya concentración (87,2 µg.mL-1) superó ligeramente a la estudiada en ensayos anteriores y puso ser removida en su totalidad a las 28 h. Por otro lado se estudiaron fuentes alternativas de C y N, en busca de un medio económicamente rentable, utilizando melaza y urea respectivamente. Para ello, se planteó un diseño Factorial completo, el cual mediante distintas combinaciones de los factores (melaza, sacarosa, urea, sulfato de amonio) en dos niveles, se estudió el efecto que produce en la remoción de Cr(VI) y el pH (respuestas). El análisis de los efectos principales sugiere que el medio conformado por melaza (10 g.L-1), urea (0,6 g. L-1) y el resto de las sales del medio Optimizado puede usarse como un medio de cultivo alternativo más económico. El efluente tratado biológicamente en lote, fue utilizado para estudios de adsorción de Cr(III) frente a tres tipos de arcillas, de las cuales la Montmorillonita 5 g.L-1, fue capaz de adsorber el 73,65% del metal residual en su forma trivalente. Finalmente, para evaluar la toxicidad del efluente tratado biológicamente y con arcillas, se realizaron bioensayos de germinación con Lactuca sativa, en el cual los valores de germinación y elongación demostraron una marcada disminución de la toxicidad en el efluente sometido a ambos tratamientos. Los resultados hasta aquí obtenidos, mostraron con éxito que el uso de distintas tecnologías puede aplicarse para el tratamiento de efluentes, y son el puntapié inicial para construcción de un sistema integral en vistas de su potencial transferencia biotecnológica.