ACTIVIDAD MICROBIANA EN AGUAS RESIDUALES PROVENIENTES DE UNA
INDUSTRIA DE POLÍMEROS
Chávez Ambriz L. A.; Pacheco Aguilar J. R.
Laboratorio de Plantas y Biotecnología Agrícola. Facultad de Química
Universidad Autónoma de Querétaro
RESUMEN
Analizamos el agua de diferentes reactores de tratamiento de una empresa dedicada a la
elaboración de resinas. Las pruebas microbiológicas aplicadas mostraron mayor actividad en
uno de los reactores y en base a este se realizó la cuenta microbiana para probar el
crecimiento en tres tipos de resinas sintéticas provenientes de la misma empresa (resina
vinílica, vinil-acrilica y estiren-acrílica). La polímeros sirvieron de fuente de carbono para las
poblaciones microbianas, las cuales fueron cuantificadas en el orden de 104 - 105. El
aislamiento y caracterización parcial de los microorganismos, indica la diversidad microbiana
que participa en los procesos de biodegradación in situ.
INTRODUCCIÓN
Durante las últimas décadas ha aumentado la demanda de polímeros sintéticos debido a su
amplia aplicación como: aditivos de pinturas, aislantes, telas, envases, etc., son de bajo costo,
y resistentes a agentes físicos y ataques biológicos. Si bien en sus comienzos se buscó
sustituir o imitar polímeros naturales de importancia comercial, posteriormente se recurrió
al diseño de polímeros con características diferentes y más ventajosas que las de los polímeros
naturales.
La importancia de los polímeros sintéticos en nuestras vidas es tal que algunos científicos han
llamado a este “El siglo de los plásticos”, pero ya es sabido que muchas veces el desarrollo
tecnológico trae consecuencias para el medio ambiente. Contrario a los polímeros naturales la
mayoría de los polímeros sintéticos no son biodegradables o su degradación demora algunos
años. Esto lleva a buscar nuevas alternativas como la biotecnología para la fabricación de
nuevos polímeros biodegradables, pero también es necesario resolver el problema del exceso
de polímeros que ya existe. Los métodos de biorremediación son los más adecuados para
resolver este tipo de problema ya que por medio de microorganismos como bacterias u
hongos y/o la utilización de enzimas se pueden absorber y transformar los compuestos
oligoméricos de las resinas. Una vez transformados los polímeros pueden degradarse más
rápidamente cuando se vuelven solubles en agua y a su vez pueden ser digeridos por las
bacterias entrando al ciclo de Krebs y a β-oxidación (Lekshmi y Muthu, 2008; Mendez y col.,
2004).
La biodegradación de polímeros sintéticos usando microorganismos o enzimas ya ha sido
reportado, estos polímeros incluyen alcoholes polivinílicos, poliéteres, poliésteres alifáticos,
poliuretano, polietileno, oligómeros de butadieno, oligómeros de isopreno, oligómeros de
estireno y poliamidas (Kawai,1990).
Los polímeros utilizados en nuestros experimentos son resinas de una empresa dedicada a su
elaboración. Esta empresa nos facilitó tres diferentes tipos de resinas: resina estirén acrílica,
resina vinílica y resina vinil acrílica. La resina vinílica contiene alcohol polivinílico,
antiespumante, acetato de vinilo y bactericida. La resina vinil-acrílica contiene los mismos
aditivos que la resina vinílica más la adición de acrilatos. La resina estirén-acrílica contiene
estireno, ácido acrílico y metil acrilato. En el presente trabajo estudiamos la actividad y las
poblaciones microbianas presentes en un reactor de tratamiento de efluentes de una industria
dedicada a la producción de resinas.
1
MATERIALES Y MÉTODOS
Parámetros iniciales de las aguas residuales
Se obtuvieron muestras de agua del primer y sexto reactor de tratamiento de una empresa
dedicada a la síntesis de polímeros, conservando las muestras en refrigeración hasta su
análisis. Los paramétros iniciales que fueron determinados incluyeron: sólidos totales
disueltos, conductividad eléctrica y pH.
Ensayo de respirometría
Se determinó la respiración microbiana en aguas residuales de la industria de polímeros
mediante la captura de CO2 en NaOH realizando experimentos por triplicado. Se empleó el
método reportado por Viñas (2005). Adicionalmente la muestra del reactor 6 fue enriquecida
con medio mínimo. Los matraces se cerraron y se sellaron perfectamente con plástico para
evitar fugas de CO2, se mantuvieron en agitación a 160 rpm por 48 horas. Después de este
tiempo fue cuantificada la producción de CO2.
Poblaciones microbianas en las aguas de tratamiento
Para determinar la abundancia de las poblaciones microbianas presentes en los efluentes, se
realizaron diluciones decimales de las muestras de los reactores 1 y 6, sembrando alicuotas
de 200 μl de las diluciones 10-2 y 10-3, en placas que contenían agar medio mínimo. El
ensayo fue realizado por triplicado, incubando las cajas petri a 30° por 48 horas.
Selección de microorganismos con capacidad degradante
Los resultados de la prueba anterior mostraron que el efluente proveniente del reactor 1
presentaba una mayor cuenta microbiana, en base a esto se siguieron los ensayos para
cuantificar y aislar microorganismos que podían utilizar las resinas como fuente de carbono.
Para ello se sembraron alicuotas de 100 μl de diluciones decimales 10-2 y 10-3 del efluente
del reactor 1, sobre placas de medio mínimo que contenian las resinas vinílicas, vinil-acrílicas
y estiren-acrílicas como única fuente de carbono. Las cajas se incubaron a 30° por 48 horas.
Para obtener los aislados se seleccionaron aquellas colonias que presentaban diferente
morfología, sembrándolas por estría en placas con agar nutritivo, e incubando las cajas por 24
horas a 30°C. Los aislados fueron conservados en glicerol al 50% para estudios posteriores.
Pruebas generales bioquímicas
Se realizaron pruebas de tinción de Gram.
RESULTADOS
En los paramétros iniciales de los efluentes pudimos notar que la cantidad de sólidos totales
disueltos (TDS) aumentaron en el reactor 6, debido principalmente al empleo de coagulantes.
la conductividad también se ve aumentada debido a una disminución en la concentración de
resinas, la cual se ve reflejada por el color que presenta la muestra (Tabla 1).
TABLA 1 PARÁMETROS INICIALES DE LAS MUESTRAS DE AGUA
Parámetros
TDS
Conductividad
pH
-1
Muestras
(mg/l)
(μS cm )
Reactor 1
838
728
6.5
Reactor 6
1006
880
6.7
En el experimento de respirometría pudimos comprobar que la actividad microbiana en el
reactor 1 es mayor que en el reactor 6, pero que el reactor 6 puede ser estimulado por la
adición de nutrimentos que permiten aumentar su actividad (Figura1).
2
4.5
4
3.5
3
2.5
C (mg)
CO2 (mg)
2
1.5
1
0.5
0
R1
R6
R6e
C (mg)
1.09995
0.6
1.05
CO2 (mg)
4.03315
2.2
3.85
FIGURA 1 GRÁFICA DEL ENSAYO DE RESPIROMETRÍA
Después de realizar los experimentos de respirometría se cuantificaron las poblaciones
microbianas totales y aquellas con capacidad degradante de resinas en el reactor 1,
encontrando que el 10% puede crecer en resina estirén-acrílica, un 4.68% crece en resina
vinílica y solo un 1.06% es capaz de crecer en resina vinil-acrílica; mostrando que la
combinación vinil-acrílica fue la que presentó una menor densidad de población degradante
(Tabla 2).
TABLA 2 CUENTA VIABLE DE MICROORGANISMOS DEL REACTOR 1
Medio de cultivo
Cuenta viable
%
(ufc)
Glucosa
3.04x106
-----------5
Resina vinílica
1.425x10
4.68
Resina estirén acrílica 3.04x105
10.0
4
Resina vinil acrílica
3.23x10
1.06
Se encontró que algunas poblaciones microbianas clasificadas (L1 - L9) de acuerdo a su
morfología colonial se encontraban presentes en las placas con diferentes resinas, por lo que
se cree que tienen una amplia capacidad de degradación, podemos observar que los aislados
L3 y L5 se encuentran al menos en dos de las resinas ensayadas. Todas las bacterias
mostraron ser gram negativas por la prueba de tinción Gram. Al observar las cepas al
microscopio pudimos observar sus estructuras (Tabla 3).
3
TABLA 3 AISLADOS MICROBIANOS QUE CRECEN EN DIFENERTES RESINAS
Nombre Gram Morfología
Presencia en resina
Vinílica
Estirén
Viníl
acrílica
acrílica
L1
Cocos
X
L2
Bacilos pequeños
X
X
L3
Cocos pequeños
X
X
X
L4
Cocos pequeños
X
L5
Cocos pequeños
X
X
L6
Cocos
X
L7
Cocos acomodados en
X
línea
L8
Bacilos cortos
X
L9
Cocos pequeños
X
CONCLUSIONES
Las aguas residuales presentaron actividad, lo que involucra posible degradación in situ de los
contaminantes, así mismo fue confirmado con una alta cuenta viable microbiana (104 - 105),
los aislados obtenidos muestran diferencias lo que habla del establecimiento de una
comunidad microbiana que puede ser estimulada para mejorar los procesos de degradación. El
presente trabajo genera lineas de investigación para estudios futuros sobre el tratamiento de
efluentes residuales provenientes de la industria de polímeros.
REREFERNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Kawai, F., “Bacterial degradation of acrylic oligomers and polymers”, Appl microbial
biotechnol., 39, 382-385, 1993.
Lekshmi, K., Muthu, J. “Synthesis and characterization of biodegradable poly (ethylene
glycol) and poly (caprolactone diol) end capped poly (propylene fumarate) cross linked
amphiphilic hydrogel as tissue engineering scaffold material”, J Mater Sci: Mater Med, DOI
10.1007/s10856-008-3493-3.
Mendez-Sanchez, N., Cutright T. J., Qiao P., “Accelerated weathering and biodegradation of
E-glass polyester composites”, International biodeterioration & biodegradation, 54, 289-296,
2004.
Solano-Serena, F., Marchal, R., Lebeault J. M., Vandecasteele J. P., “Selection of
microbialpopulations degrading recalcitrant hydrocarbons of gasoline by monitoring of
culture-headspace composition”, Letters in applied microbiology, 30, 19-22, 2000.
Strotmann, U., Reuschenbach P., Schwarz H., Pagga U., “Development and evaluation of an
online CO2 evolution test and a multicomponent biodegradation test system”, Applied and
environmental microbiology, 70, 4621-4628, 2004.
Tokiwa, Y. y Calabia, B. P., “Biodegradability and biodegradation of polyesters”, J polym
environ., 15, 259-267, 2007.
Viñas, C. M. “Biorremediación de suelos contaminados por hidrocarburos: caracterización
microbiológica, química y ecotoxicológica”. Tesis de Doctorado en Biología., Universitad de
Barcelona, España, 2005.
4
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