Bioadsorción de metales pesados mediante biomasa

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS
LABORATORIO DE TOXICOLOGÍA DE ALIMENTOS
TEMA:
Bioadsorción de metales pesados mediante biomasa extraída de aguas residuales.
OBJETIVOS:
GENERAL:
Aislar una cepa capaz de adsorber metales pesados procedentes de aguas residuales de
una industria de producción de lavaduras.
ESPECÍFICOS:
Determinar la biomasa en función del tiempo de la cepa seleccionada.
Determinar la velocidad volumétrica y específica de crecimiento de las cepas
seleccionadas.
INTRODUCCIÓN:
A partir de la revolución industrial los avances en ciencia y tecnología han aumentado la capacidad
del ser humano para explotar los recursos naturales, generando perturbaciones en los ciclos
biogeoquímicos elementales. Aún cuando muchos de los metales pesados son esenciales para el
crecimiento humano como el Na, K, Ca, Mg, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn y Mo en bajas
concentraciones y como el Cu, Zn, y Mn que son esenciales para el crecimiento microbiano,
algunos metales como el Au, Ag, Pb, Cr y Cd no se les conoce función biológica, y pueden ser
altamente tóxicos para las células vivas.
Sus efectos en los seres humanos son muy variados.
Metal
Pesado
As
Cd
Cu
Hg, Zn,
Cr
Efectos en la salud humana
Fiebre, prurito, altragias, trastornos en el sistema nervioso central (adormecimiento,
temblores, parálisis de pies), nauseas, vómitos, diarrea, heptomagalia e ictericia
Dolor de cabeza, vértigo, irritabilidad, alteraciones gastrointestinales, vómitos, dolor
abdominal, dolor de pecho intenso, deficiencia respiratoria, hemoptisis, fiebre,
transpiración profusa, prostación, pneumonitis, edema pulmonar, rinofaringitis,
epistaxis, ulceraciones y atrofias muconasales, anospáticas, anemia, fibrosis y enfisema
pulmonar
Rigidez, disartria, disfagia, temblor, falta de coordinación, movimientos correoatetóicos
y ataxia, insuficiencia hepática, afecciones oculares (anillo de Kayser-Fleischer)
Trastornos gastrointestinales, respiratorios, en piel (lesiones vesiculares y papulares
eritomatosas) y oculares (mercurialmente y constricción de los campos visuales)
Los metales pesados más tóxicos son cadmio, cobre, cromo, mercurio, níquel, plomo y zinc. La
importancia de este tipo de tóxicos radica en la tendencia a ser acumulados y concentrados por las
distintas especies, siendo más peligrosos a medida que se asciende en la cadena evolutiva hacia el
hombre.
Algunos microorganismos y sus productos son de gran aplicación en procesos de biosorción o
bioacumulación de metales pesados en solución, ofreciendo así una alternativa a las técnicas
convencionales para la eliminación o recuperación de metales, con base a lo anterior se ha
generado un gran interés en la extracción de iones de metales pesados de aguas residuales
utilizando procesos biotecnológicos.
ANTECEDENTES:
Existen varios métodos químicos y biológicos factibles para la recuperación de dichos metales (1):
1.
2.
Método físico químicos: Precipitación química, Separación de sólidos, Cementación,
Osmosis Inversa, Elestrodiálisis, Intercambio Iónico, Adsorción, Extracción con
disolventes.
Métodos biológicos: Bioacumulación, Biomineralización, Bio trasformación,
Quimiosorción medida por microorganismos, Bioadsorción.
Los métodos químicos no son selectivos, son de un costo elevado, req uieren de procedimientos
previos. Mientras que los métodos biológicos son más económicos pero limitados debido a la
capacidad propia del de los microorganismos a adsorber, acumular, etc. diferentes metales
pesados.
El proceso de separación destinado al tratamiento de un agua residual puede variar en función del
metal contaminante y de la concentración del mismo.
JUSFITIFACIÓN:
Bibliográficamente (2) se ha determinado que los posibles microorganismos capaces de adsorber
metales son:
Biomasa
Metales estudiados
Estado
biológico
Inmovilización
Muerta
Ambos
Inmovilizada
Libre
Ambos
Muerta
Libre
Ambos
Muerta
Ambos
Muerta
Inmovilizada
Bacterias
Bacillus sp.
Pseudomona aeruginosa
Cr, Cu, Fe, Pb
Cu, Ni, U
Hongos filamentosos
Aspergillus niger
Cd, Cu, Ni, Pb
Aspergillus oryzae
Cd, Cu, Pb, Zn
Levaduras
Saccharomyces
Ag, Au, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Hg, Ni,
cerevisiae
Pb, Zn
Saccharomycetes pombe Cd
Por otro lado, las biomasas pueden ser utilizadas de dos maneras diferentes: libres, en forma de
suspensiones dentro de soluciones metálicas y con agitación, o inmovilizadas, sobre algún tipo de
soporte. La utilización de un tipo u otro de biomasa depende principalmente del tipo de escala que
se esté utilizando.
De este modo, para ensayos de laboratorio, se utiliza de forma preferente, debido a la simplicidad
del proceso, biomasa libre en reactores con agitación donde, una vez finalizado el proceso, la
biomasa cargada de metal es separada del efluente mediante técnicas de filtración o
centrifugación.
GRUPO TRÓFICO:
La levadura Saccharomyces cerevisiae pertenece al grupo de trófico de quimioorganotrofo debido
a que degrada sustancias organicas.
MEDIO DE CULTIVO:
De acuerdo a la literatura analizada se determinó que las variables de mayor importancia en el
proceso de bioadsorción son: el pH, las concentraciones iniciales de metales y el tratamiento
previo de la biomasa (2).
Para la obtención de biomasa se ha visto determinado que el medio selectivo las muestras serán
aislada en clado cerebro corazón y posteriormente sembradas por agotamiento por estría en
placas de Petri, en medio Sabouraud Dextrosa Agar e incubadas a temperatura ambiente del
laboratorio durante una semana. La identificación de las cepas seleccionadas se realizará mediante
estudios morfológicos en microscopía de luz, tamaño, temperatura óptima de crecimiento
METODO DE AISLAMIENTO:
Debido al aporte bibliográfico se pretenderá hacer este proyecto con la levadura Saccharomyces
cerevisiae debido a su gran capacidad de adsorción de metales y la diversidad de adsorción de los
mismo. El principal objetivo del pretratamiento de la biomasa es conseguir un aumento en la
capacidad de recuperación metálica de la misma.
Para este estudio se utilizará Saccharomyces cerevisiae, levadura residual de una empresa local,
subproducto del proceso de fermentación de cerveza. La biomasa, tal como se recibe, es de color
amarillo y de textura fibrosa y frágil se procederá a purificarla y a la producción de biomasa.
Bibliografía
1. Lezcano, J. Universidad Complutense de Madrid. Efecto del pretramiento de la biomasa en la
bioadsorción de metales pesados. [En línea] 04 de 08. [Citado el: 06 de 11 de 09.]
http://eprints.ucm.es/8620/1/T30768.pdf.
2. Rodriguez, M. Scielo. Efectos de las Condiciones de Operación Sobre la biosorción . [En línea] 08.
[Citado el: 11 de 11 de 09.] http://www.scielo.cl/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S071807642008000600006&lang=pt.
3. Acosta, M. Scielo. [En línea] [Citado el: 09 de 11 de 09.]
http://www.scielo.cl/scielo.php?pid=s0718-07642005000100003&script=sci_arttext.
4. Vullo, D. Universidad de Buenos Aires. Revista Qímica viva. [En línea] 12 de 11 de 03. [Citado el:
09 de 11 de 09.] http://redalyc.uaemex.mx/redalyc/pdf/863/86320303.pdf.
5. Amaya, M. Universidad de Sonora. [En línea] 05 de 08. [Citado el: 09 de 11 de 09.]
http://www.uaemex.mx/Red_Ambientales/docs/congresos/TLAXCALA%202009/REVISTA/contami
nacion/acervo/vol_24_3/2.pdf.
6. Sanchez, E. Universidad Autónoma de nuevo León. [En línea] 2008. [Citado el: 10 de 11 de 09.]
http://redalyc.uaemex.mx/redalyc/pdf/402/40211208.pdf.
7. Flores, V. Scielo Perú. [En línea] 2001. [Citado el: 10 de 11 de 2009.]
http://www.scielo.org.pe/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1561-08882001000100007.
8. SCIELO. Revista de la Sociedad Venezolana de Microbiología. [En línea] 01 de 2005. [Citado el:
09 de 10 de 2009.] http://www.scielo.org.ve/scielo.php?pid=S131525562005000100007&script=sci_arttext.
9. Mossel, D A. Microbiología de los alimentos. segunda edición. Saragoza : Acribia S.A., 2003. pág.
703.
10. REDALYC. REDALYC. Red de Revistas Científicas de América Latina y el Caribe, España y
Portugal. [En línea] 12 de 2006. [Citado el: 7 de 10 de 2009.]
http://redalyc.uaemex.mx/redalyc/src/inicio/ArtPdfRed.jsp?iCve=49911205#.
11. Merck. Registro de propiedad Industrial España. [En línea] [Citado el: 23 de 10 de 2009.]
http://www.espatentes.com/pdf/8300004_A1.pdf.