UNIVERSIDAD CENTRAL DEL

ECUADOR

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BIOADSORCIÓN DE METALES PESADOS

MEDIANTE BIOMASA DE SACCHAROMYCES

EXTRAÍDA DE AGUAS RESIDUALES

OBJETIVOS

GENERAL:

Aislar una cepa capaz de adsorber metales pesados a base de aguas residuales a partir de una industria cervecera.

ESPECÍFICOS:

Determinar medios de cultivo selectivos y condiciones óptimas de crecimiento para aislar levaduras Saccharomyces.

Preservar una cepa de levadura capaz de adsorber metales pesados mediante crio preservación.

Determinar las cantidades de biomasa necesarias para reducir los niveles de metales pesados en función del tiempo mediante curvas de calibración.

ALCANCE

Como se ha mencionado anteriormente, el presente proyecto pretende ser la continuidad de un proyecto más amplio, cuyo objetivo es el diseño de un sistema de monitorización medioambiental apto para el seguimiento en continuo de la eliminación de metales pesados como niquel, cobre, cromo y zinc.

El método analítico utilizado se basa en la espectrofotometría de absorción atómica lo que hace necesario conseguir un buen calibrado del sistema de análisis para obtener medidas fiables. Es por ello que este proyecto se ha centrado, por un lado, en desarrollar el montaje correspondiente a la parte de calibrado.

Por otro lado, se han definido los parámetros operacionales necesarios para conseguir que el sistema de monitorización proporcione unos resultados fiables y en el menor tiempo posible.

MARCO TEÓRICO

El problema de la contaminación de las aguas es, sin duda, uno de los aspectos más preocupantes de la degradación de los medios naturales por parte de la civilización contemporánea. En este sentido, es especialmente importante la contaminación producida por metales pesados, debido a su elevada toxicidad y a su alta capacidad de permanencia en los medios y de acumulación en organismos vivos. A causa al crecimiento exponencial de la población mundial, la necesidad de controlar las emisiones de estos metales al medio ambiente es cada vez más importante.

Los metales pesados, no se eliminan de los ecosistemas acuáticos por procesos naturales debido a que no son biodegradables por lo cual permanecen de manera indefinida por cientos de años. Son muy tóxicos y contaminantes y sufren un ciclo eco-biológico, donde las aguas naturales son el principal camino. Hoy en día los metales pesados tienen un gran significado como indicadores de la calidad ecológica de todo flujo de agua debido a su toxicidad y muy especialmente al comportamiento bio-acumulativo. (Moalla, 2006).

La búsqueda de métodos de eliminación de metales que sean económicos y efectivos, ha llevado al desarrollo de nuevas tecnologías de separación basadas en la reutilización de compuestos orgánicos: éste es el caso de la bioadsorción. Con esta motivación, se realiza el presente proyecto cuyo fin es facilitar la monitorización y el estudio del proceso, y así ayudar en el avance de las investigaciones en este campo.

METALES PESADOS

Los metales pesados son sustancias tóxicas capaces de causar graves daños en los organismos vivos. Una de sus principales propiedades es que no son biodegradables y permanecen durante mucho tiempo en el entorno, circulando y acumulándose en el medio y en los seres vivos, por lo que es necesario evitar su incorporación al entorno a través de vertidos contaminados.

Además, los metales pesados se acumulan en los tejidos a través de la cadena alimenticia, la cual tiene a los seres humanos como último destino. El peligro se multiplica y las personas tienden a sufrir sus efectos pudiendo padecer problemas de salud (SCIELO, 2004). De entre los distintos metales tóxicos, se pueden diferenciar siendo especialmente importantes: As, Cd, Cu, Sb, Se, Zn, Cr, Hg, Ni y Pb, los cuales tienen gran significado como indicadores de la calidad ecológica de cualquier flujo de agua

La necesidad de métodos de eliminación de metales que sean económicos y efectivos, ha llevado al desarrollo de nuevas tecnologías de separación. Los métodos tradicionales son utilizados de forma habitual en el tratamiento de efluentes industriales, pero su aplicación suele estar restringida por razones técnicas o económicas (Amaya, 08). Este estudio de nuevas tecnologías ha dirigido su atención hacia la bioadsorción

BIOADSORCIÓN:

El proceso de bioadsorción puede ser definido como la captación de contaminantes presentes en una solución acuosa por un material biológico, a través de mecanismos fisicoquímicos o metabólicos. Esto es debido a que, como los metales pesados pueden llegar a tener efectos letales en la biomasa viva, ésta tiene la capacidad de poner en funcionamiento ciertos mecanismos para contrarrestarlos. Los dos mecanismos diferenciados para la captación de los metales pesados por parte de la biomasa son: (Moalla, 2006)

MARCO METODOLÓGICO

METODOLOGÍA DE

AISLAMIENTO

Muestra de agua residual

MEA: Agarextracto de maltaYGC: AgarGlucosa estracto de levadura cloranfenicolASG: agarsabouroubglucosa 4%

El fundamento en la metodología de asilamiento de este método consiste en la aplicación de factores ecológicos como lo son pH, Temperatura, degradación favorable de un determinado sustrato, acción de antibióticos, etc., los cuales ayudan a que los medios de cultivo se vuelvan específicos y nos permitan de esta forma aislar, conservar y preservar una cepa de levadura la cual será de beneficio para el proyecto.

CARACTERIZACIÓN DE

LEVADURAS

Microscópicamente: determinación de la morfología de la levadura.

Macroscópicamente:

Poder fermentativo: Mediante el método de la campana de Durham.

Crecimiento en agar glucosa nitrato: después de 3 días a 25°C se podrá determinar la habilidad de utilizar nitrato como única fuente de nitrógeno.

Crecimiento en agar MEC: de 3 días a 25°C se observar la macro y micro morfología de las levaduras.

Tinción gran: comprobación de cepas puras (Gram + )

Saccharomyces uvarum

Clasificación científica

Reino: Fungi

Filo: Ascomycota

Clase: Hemiascomycetes

Orden: Saccharomycetales

Familia: Saccharomycetaceae

Género: Saccharomyces

Especie: S. uvarum

Nombre binomial

Saccharomyces uvarumNguyen & Gaillardin ex. Beijerinck

Sinonimia

Saccharomyces carlsbergensis

Después de caracterizar la levadura se pudo determinar que la levadura con la que se trabaja será saccharomyces uvarum

Se debe considerar que los parámetros óptimos de cultivo para la levadura son: ph: 4.5, 6.5; aw: 0.90-0.95; T: 18 - 35 °C siendo más favorable el crecimiento a temperaturas bajas, Velocidad de crecimiento: 0.55 h-1. Conocidos estos datos se podrá delimitar la línea base

PRODUCIÓN DE BIOMASA

En matraces de 250 ml de capacidad, se deberán llenar con 150 ml del medio de cultivo, el medio debe ser esterilizado; las condiciones del Shakerdeben ser 180 r.p.m a 30°C para tener un buen desarrollo del microorganismo.

METODOLOGÍA DE CONTEO

DE UFC

Tipo de cuadro Área[cm2]

Volumen[ml]

Factor[1/Volumen]

Cuadrado total 1.00 x 10-2 2.00 x 10-5 5.00 x 104

Cuadrado grande 4.00 x 10-4 8.00 x 10-7 1.25 x 106

Cuadrado pequeño 2.50 x 10-5 5.00 x 10-8 2.00 x 107

METODOLOGÍA DE

CRIOPRESERVACIÓN

ASG: agar sabouroub glucosa 4%Condiciones de crio-preservación: Ultra congelación con Nitrógeno líquido a -18° duración 15 años

DETERMINACIÓN DE LA LÍNEA

BASE PARA EL TRABAJO

Para conocer los parámetros más idóneos en los que se llevara a caco el trabajo se tomo en cuenta tres variables: Concentración de biomasa, pH y concentración de metales pesados.

De los parámetros que se aplicaron se determino que la idoneidad es para: pH: 5; las concentraciones de entre 2 y 3 ppm en que se obtuvo una mayor adsorción; a mayor concentración de levaduras hay una mayor adsorción de metales.

Preparación de estándares de soluciones de metales

Estandarización del pH

Determinación de la concentración de metales mediante espectroscopia de absorción atómica

MEDIO DE CULTIVO CON

METALES PESADOS

MÉTODO DE DETERMINACIÓN

DE METALES PESADOS

Una vez obtenido biomasa en el medio con melasa se tomaron muestras de 2mL de las suspensiones y se separará la biomasa por centrifugación a filtración al vacío. Después de la filtración se toma 1mL del filtrado el cual se diluye con agua destilada, la muestra es acidificada con ácido nítrico concentrado para descartar el efecto de la precipitación y así asegurar que la lectura corresponda a la bioadsorción por la levadura con lo que se determinará por Espectroscopia de absorción atómica

RESULTADOS

CINÉTICA DE CRECIMIENTO

tiempo células / 250

mL

0 0

2 88000,0

4 248000,0

6 24448000,0

8 37312000,0

20 50496000,0

CÁLCULO DE LA EFICIENCIA

DE LA BIOADSORCIÓN

Metal Concentración inicial (ppm) Concentración final (ppm) EBA (%)

Zinc

A O.25 0.14 44,00

B 0.5 0.31 38,00

C 0.75 0.4 46,67

D 1.0 0.9 10,00

Níquel

A 0.5 0.1 80,00

B 1.0 0.2 80,00

C 1.5 0.5 66,67

D 2.0 0.6 55,00

Cromo

A 1.0 0.5 50,00

B 2.0 0.9 55,00

C 3.0 1.7 36,67

D 4.0 2.4 32,50

Cobre

A 1.0 0.5 70,00

B 2.0 0.8 60,00

C 3.0 1.8 46,67

D 4.0 2.2 45,00

DISCUSIONES

La producción de biomasa fue algo lento y limitante debido a que el medio que se utilizo para este fin fue el Caldo extracto de malta el mismo que solo contenía pequeñas cantidades de azucares, Maltosa 1.8 g / l y dextrosa 6.0 g/l lo mismo que produjo que las levaduras consumieran toda el azúcar en poco tiempo y de esta manera limitándose un crecimiento celular obteniendo un máximo de 360000 levaduras / µL, por este motivo se utilizo un medio de cultivo diseñado a base de melaza el cual nos permitía una cantidad suficiente de azúcares.

Debido a la disponibilidad de energía eléctrica en la realización del proceso no se pudo realizar el estudio con más variables.

CONCLUSIONES

El diseño del medio tiene como finalidad la elección de componentes necesarios para lograr el crecimiento de Levadura Saccharomyces

Las mejores condiciones que se determinaron para la adsorción de metales por Levaduras Saccharomyces fue de pH= 5 , Tº = ambiente , tiempo = dos días, y biomasa= 5*106 .

En reactivo limitante en el medio de cultivo es la melaza esto se debe para evitar la producción de alcohol y maximizar la producción de CO2

Se escogió como medio de conservación el medio ASG para ciopreservación debido a que este una solo fuente de carbono lo que ayuda para bajar el nivel de mutaciones y este es específico para levaduras y con relación al costos es un medio económico

La adsorción de metales tiene relación directa con la biomasa de levadura saccharomyces.

La propuesta de bioremediación en aguas con alto contenido de metales por acción de poder de adsorción de levaduras es por bioaumentación.

El poder de adsorción de la levadura en los metales es de Cu = 65%, Cr= 50%, Ni=80%, Zn=43%.

Los resultados de este proyecto de investigación sugieren que la metodología detallada es una alternativa a ser utilizada a la bioremediación de contaminación por metales pesados.

RECOMENDACIONES

Para el diseño del medio de cultivo se debe tomar muy cuenta que se necesita biomasa y no producción de productos, en este caso con la levadura hay que tomar en cuenta la producción de alcohol.

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