Efecto de compuestos organoclorados sobre el crecimiento de una población microbiana aerobia

Abstract

Los compuestos orgánicos clorados como el Tricloroetileno (TCE) y Diclorometano (DCM), entre otros, son disolventes empleados tanto de manera industrial como doméstica, llegan hasta las fuentes de agua al ser vertidos directamente o por filtración, causan severos daños a la salud, siendo el cáncer el más grave de ellos (Hiriart,2005). Diversos países han establecido un nivel máximo de estos en aguas de uso doméstico, 5g/L tanto para TCE, como para DCM (EPA, 2000); sin embargo, en México se sabe que algunas fuentes de agua doméstica exceden dicho umbral, ya que no se cuenta con una regulación estricta sobre estos. Debido a esto, el presente estudió tuvo como objetivo evaluar el efecto de estos compuestos organoclorados, TCE y DCM, sobre el crecimiento de una comunidad microbiana aerobia (Cultivo A) previamente expuesta a clorofenoles, con el fin de ser incorporada (en futuros estudios) como inóculo en sistemas de tratamiento de aguas (biofiltros) contaminadas con este tipo de compuestos. Para tal efecto, se realizaron como primer paso microcosmos en donde el Cultivo A fue alimentado regularmente con cada disolvente (única fuente de carbono y energía) por separado y se observó hasta qué concentración éste era capaz de mantener su viabilidad. Posteriormente se realizaron ensayos cinéticos con una concentración inicial fija de cada disolvente (10  M DCM Y 2 M TCE, respectivamente). Como siguiente paso, se inoculó una columna de cristal (Volumen total, VT=0.35 L;Volumende operación,Vo= 0.25 L) empacada con tezontle (Díametro de partícula, Dp=0.5 cm) con el fin de inmovilizar a los microorganismos presentes en el Cultivo A y observar su comportamiento al hacer circular una corriente acuosa( Flujo de alimentación, QA=0.0024 Lmin-1) que contenía 40 M DCM(Velocidad de carga, L=0.33mg DCML-1min-1, para observar su potencial uso como sistema de biofiltración. Finalmente se tomaron muestras del tezontle colonizado y nuevamente se realizaron ensayos cinéticos en microcosmos con TCE en una concentración mayor, 10 M, con el fin de comprobar si existía adaptación a la presencia de organoclorados.Ya que no se realizaron estudios cromatográficos, se realizó una simulación computacional del proceso de biodegradación de TCE, tomando como modelo a Pseudomonas cepacia G4. Con el fin de relacionar la simulación con los experimentos realizados, se propusieron dos condiciones de cultivo: oxidación directa, como hipotéticamente ocurriría en los experimentos de la sección 3.2, y cometabolismo, empleando como sustrato tolueno a fin de comparar ambos mecanismos. Se concluyó que el Cultivo A, es capaz de crecer y mantener su viabilidad empleando como única fuente de carbono y energía, 10 M DCM, por otra parte cuando al emplear 2 M TCE, éste pierde viabilidad al cabo de 140 h de incubación. La inoculación de biofiltro fue exitosa tras la adición de glucosa al sistema (y posterior reducción hasta 0.01 gL-1) y el incremento de la concentración de DCM hasta 200 M. Se observó que tras la exposición del Cultivo A a grandes concentraciones de DCM, este fue capaz de crecer y mantener su viabilidad al ser incubado con 10 M TCE (concentración cinco veces mayor a los microcosmos iniciales). La si mulación permitió observar que los procesos de biodegradación aerobia de TCE son más eficientes cuando se llevan a cabo de manera cometabólica, obteniendo un 95% de remoción del contaminante.

Chlorinated organic compounds such as Trichloroethylene (TCE) and dichloromethane (DCM), among others, are solvents used as both for industrial and domestic purposes,they reach water sources through direct discharge or by filtration, causing severe damage to health, being cancer the most serious (Hiriart, 2005). Several countries have set a maximum level of those in domestic waters, 5 g / L for both TCE and for DCM (EPA, 2000), but in Mexico it is known that some domestic water supplies exceed this threshold, due to the lack of strict regulation. Be cause of the previously mentioned reasons, the present research had as main objective to evaluate the effect of these chlorinated compounds, TCE and DCM, on the growth of an aerobic microbial community (Culture A) previously exposed to chlorophenols, in order to be incorporated (in future studies) as inoculum in water treatment systems (biofilters). For this purpose,several experiments were conducted. As first step, Culture A was incubated in microcosms, fed regularly with each solvent (as a sole carbon source) separately and the highest concentration in which it was able to maintain its viability was determined. Kinetic assays were then held with a fixed initial concentration of each solvent (10 M DCM and 2 M TCE, respectively). As a next step,a glass column(Total volume, VT= 0.35 L; Packed volume, Vo= 0.25 L) was packed with volcanic rock (particle diameter, Dp = 0.5 cm) and a water stream containing Culture A and 40 M DCM was fed, to immobilize the microorganisms in it (Flow rate, QA= 0.0024 Lmin-1; Loading rate, L = 0.33mgDCML-1min-1) in order to observe its potential use as biofiltration system. Finally, samples of volcanic rock were extracted from the packed column, then kinetic assays were performed in microcosms with TCE at a higher concentration, 10 M(5-foldgreater than inthe previous assays), to see if there was adaptation to the presence of chlorinated compounds. Because no chromatographic analysis was conducted, a computer simulation of TCE biodegradation process was performed, using Pseudomonas cepacia G4a model microorganism. To relate the simulation with the previous experiments, two incubation conditions were set: direct oxidation, as hypothetically occurred in the actual experiments and cometabolism, using toluene as a co-substrate to compare both.It was concluded that Culture A is able to grow and maintain its viability using as a sole carbon source 10 M DCM, on the other hand, when fed with2 M TEC it loses viability after 140 h of incubation. The inoculationof the packed column (biofilter)was successful after the addition of glucose to the system (10 gL-1 and subsequent reduction to 0.01 gL-1) and increased the concentration of DCM up to 200 M. It was demonstrated that after the exposure of Culture A to highe concentrations of DCM, it was able to grow and maintain viability when incubated with 10 M TCE (5-fold greater than in the initial microcosm). The simulation showed that the process of aerobic biodegradation of TCE ismore efficient when carried out in a cometabolic way, obtaining a removal rate of 95%.