Estudio de la oxidación biológica de los compuestos reducidos de azufre utilizando un consorcio de microorganismos sulfoxidantes: evaluación de los parámetros que determinan la oxidación parcial del tiosulfato en azufre elemental Público Deposited
Dentro de 10s contaminantes de importancia en el ámbito mundial, 10s que Contienen azufre tienen gran relevancia debido al impacto ambiental adverso que provocan en 10s ecosistemas naturales. SU emisión al ambiente está asociada a la lluvia ácida, fenómenos de corrosión, mal olor Y daños a la salud debido a la toxicidad de algunos de estos contaminantes. El azufre Y 10s compuestos que forma se intercanlbian en la naturaleza, por reacciones de oxido-reducción tanto químicas como biológicas que constituye el ciclo del azufre. Este consta de dos componentes: una etapa de reducción y una etapa de oxidación. En el presente trabajo, se estudió la parte oxidativa del ciclo con el fin de establecer las condiciones que favorecen la oxidación biológica de los compuestos reducidos de azufre, así como la identificación de los parámetros que favorecen su oxidación parcial, formando azufre elemental. Lo cual permitió, de manera general: incrementar el conocimiento de la fisiología, metabolismo, formación de biopelícula y técnicas microbiológicas de los microorganismos sulfoxidantes y de la población heterótrofa del consorcio, así como proponer algunos parámetros para su posible aplicación en el tratamiento de aire y agua contaminada con sulfuros. Las condiciones de cultivo que favorecen la oxidación biológica de los compuestos reducidos de azufre fueron: un intervalo de pH entre 5.5 y 7, temperatura de 30 "C y para la oxidación completa a sulfatos una concentración de O? disuelto superior a 0.2 mg/l para el consorcio y superior a 1.5 mg/l para T. thioparus. Mediante pruebas de respirometría, se observó que el sulfato en concentraciones superiores a 20 g/1 afecta negativamente la oxidación de CS,, debido posiblemente al estrés iónico provocado por el ion sobre las células. Sin embargo, en cinéticas de crecimiento el consorcio puede adaptarse a las concentraciones de sulfatos de hasta 40 8/1 de sulfatos. Al evaluar el efecto de la fuente de amonio sobre el crecimiento y oxidación del tiosulfato por el consorcio, se observó que el NH,CI tiene un efecto positivo sobre la oxidación del compuesto. Sin embargo los experimentos realizados no permiten concluir el tipo de efecto, ni si es el amonio per se o bien un producto de su metabolismo. Por otra parte, el extracto de levadura en concentraciones de 0.5 g/1 no presentó un efecto sobre la oxidación de tiosulfato por el consorcio a pesar de haber favorecido su crecimiento. En tanto, las concentraciones mayores de 0.5 g/1 de extracto de levadura afectaron negativamente la oxidación y el consorcio no presentó actividad. Lo cual permitió suponer que los microorganismos sulfoxidantes pierden actividad litótrofa en presencia de compuestos orgánicos, debido a una posible inhibición del sistema enzimático corno se ha reportado en bacterias nitrificantes. El consorcio presentó un comportamiento característico de crecimiento en cultivo continuo. La DC se encuentra cercana a 3.4 d", mientras que en valores de 3 d' y concentraciones de oxígeno disuelto superiores a 0.2 mg/l, el cultivo oxidó completamente el tiosulfato a sulfato. En tanto, las concentraciones de oxígeno disuelto de 0.2 mg/l favorecieron la acumulación de azufre elemental. De la misma forma, la cepa de T. thiopnrzu presentó un comportamiento característico de crecimiento en cultivo continuo. La Dc se encuentra cercana a 1.8 d.'. A una D de 0.9 d" Y concentraciones de O, disuelto superiores a 1.5 mg/l, el cultivo oxidó completamente el tiosulfato a sulfato; en tanto que a concentraciones de 1 .S mg/l se afectó negativamente el crecimiento. Al comparar 10s rendimientos del crecimiento de ambos cultivos se observaron rendimientos (Y,) para una D=0.4 d.' de: 7.5 y 2.~gbi,,,,,,,/m01~i0sulfa~0 para el cultivo puro y el consorcio, respectivamente. Sin embargo, la eficiencia oxidatlva fue 5 veces mayor para el consorcio (250 vs 56 gS",fal'4g!mi"a d).
The emission of sulfur compounds to the ambient is associated with the rain acid, corrosion phenomena, bad odour and toxicity risk. These compounds are exchanged in the nature, by redox reactions so chemical as biological, which constitutes the sulfur cycle. The cycle consists of two stages: a reductive and an oxidative stage. In the present work, was studied the oxidative stage of the cycle in order to establish the conditions that favored the biological oxidation of the reduced sulfur compounds. As well as the identification of the parameters that permit the partial oxidation of these compounds, forming elemental sulfur. The investigation permitted: to increase the knowledge of the physiology, metabolism and microbiological techniques of the sulfoxidizing bacteria. As well as to propose some parameters for its possible application at full scale in the treatment of gases and water contaminated with sulfur compounds. The culture conditions that favored the biological oxidation of the reduced sulfur compounds were: pH range between 5.5 and 7, temperature of 30 'C. For the oxidation to sulfates a dissolved oxygen concentration higher to 0.2 mg/l for the consortium and higher to 1.5 mg/l for Thiobaczllus thioparus. Through respirometric tests, was observed that the sulfate in concentrations higher to 20 g/l affects negatively the biological oxidation of carbon disulfide, possibly to the ionic stress provoked by the ion. However in growth kinetics, the consortium can be adapted to the sulfate concentrations up to 40 g/l of sulfates, which permits to consortium maintain its sulfoxidizing activity. Upon evaluating the effect of the ammonium source on the growth and tiosulfate oxidation for the consortium, was observed that the ammonium chloride has a positive effect on the oxidation. However the accomplished experiments do not permit defined the effect neither if it is due to ammonium per se or well a product of its metabolism. On the other hand, the yeast extract in concentrations of 0.5 g/l did not present an effect on the biological tiosulfate oxidation for the consortium in spite of have favored its growth. However, the greater concentrations of 0.5 g/1 of yeast extract affected negatively the oxidation and the consortium did not present sulfoxidizing activity. The results permitted to suppose that the microorganisms are mixotrophyc and that in organic compounds presence grow better, though the enzymatic activity is inhibited as has been reported with nitrifying microorganisms. The sulfoxidizing consortium presented a characteristic growth behavior in chemostate. The critical dilution rate is found nearby a D of 3.4 d", while in values of D=3 d' and dissolved oxygen concentrations higher 0.2 mg/l, the cultivation oxidized thoroughly the tiosulfate to sulfates. While the dissolved oxygen concentrations of 0.2 mg/l was observed elemental sulfur accumulation. In the Same form, Thzobacillus thioparus presented a characteristic growth behavior in chemostate. The critical dilution rate is found nearby a D of 1.8 d". In values of D=0.9 d" and dissolved oxygen concentrations higher to 1.5 mg/l, the cultivation oxidized thoroughly the tiosulfate to sulfate. While the oxygen concentrations of 1 .S mg/l the growth was affected negatively. Upon comparing the yields of the growth of both cultures, were observed yields (Yx,,) for a D=0.4 d" of: 7.5 and 2.5 gbiomasslmoltlosu~~a~e for the pure culture and the consortium, respectively. However, the oxidative efficiency was 5 greater times for the consortium (250 vs 56 gsulfare produced/gpro,e,n d). Finally, according to the growth characteristics observed for the consortium, is possible to indicate that the oxidation pathway more important (representative) of the culture is the tiosulfate oxidation multienzymatic system (TOMES). In so for Thiobacilltrs thioparus is the mechanism of the rhodanasa, which is comparable to data reported in the literature for these kinds ofthiobacilli.
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