uso de bacteria escherichia coli para la remediacion reduccion de cromo hexavalente a cromo trivalente

1. USO DE ESCHERICHIA COLI PARA
BIORREMEDIACIÓN DE EFLUENTES
CONTAMINADOS POR CROMO (VI)
Microbiología 2018
Integrantes: Analía Gamarra, Daniela Villanueva, Marcos Rocha, Francisco
Garrido, Mauricio Ávila, Sergio Moya y Karina Renón

2. OBJETIVO DE LA EXPERIENCIA
Estudiar el uso de la Escherichia coli en la detoxificación de aguas residuales con Cr
(VI).
Resumen
Se evaluó el crecimiento y desarrollo de E. coli con distintas concentraciones de Cr
(VI), en diferentes tiempos y condiciones de trabajo.
Se estudió la biorreducción de cromo utilizando la cepa en estudio, en diferentes
soportes y se evaluó la influencia de la presencia de metales tales como plomo,
níquel y zinc.
La bacteria fue capaz de reducir Cr(VI) trabajando con concentraciones de hasta 200
mg/L. Se comprobó la adaptabilidad de la cepa para adoptar como mecanismo de
detoxificación, la biorreducción del metal pesado. La presencia de otros metales
como plomo, níquel y zinc retrasa el proceso, pero no lo inhibe totalmente.

3.  Palabra clave:
 Biorreducción, procesos que utilizan microorganismos, hongos plantas o las enzimas
derivadas de ellos para retornar a un medio ambiente alterado por contaminantes a su
condición natural.
 La biorremediación puede definirse como la tecnología que utiliza agentes biológicos,
principalmente microorganismos, para remover contaminantes tóxicos, o para prevenir la
contaminación por medio del tratamiento de los desechos

4. INTRODUCCIÓN
La contaminación de aguas superficiales por metales pesados es un problema muy grave, los
mismos no son biodegradables y se acumulan en los tejidos vivos.
El cromo se utiliza en diversas aplicaciones industriales (producción de acero, galvanoplastia,
curtido de pieles, industrias textil, etc.)
Estados de oxidación del cromo desde -2 a +6. El cromo hexavalente es un riesgo para la
salud de los seres humanos y animales, afectando además el desarrollo y crecimiento de
las plantas.
Actualmente se usan procesos físico-químicos y se están estudiando métodos biológicos
utilizando microorganismos para tratar aguas residuales contaminadas con metales.
Los dos procesos más importantes involucrados en el tratamiento biológico de metales, son la
adsorción en microorganismos o plantas (bioadsorción) y la reducción de iones metálicos
de un estado de valencia superior a una inferior (biorreducción), a través de reacciones
enzimáticas o indirectamente con el metabolito producido.
La reducción de Cr (VI) a Cr (III) disminuye la toxicidad del elemento que actúa en
los organismos vivos y ayuda a precipitarlo a un pH cercano a la neutralidad lo que favorece
una mayor eliminación física

5.  Palabra clave:
 Adsorción, El término se utiliza para describir la adhesión de una delgada capa de
moléculas a la superficie de los líquidos o sólidos que entran en contacto con ella.
 La bioadsorción o biosorción está basada en la propiedad de ciertos tipos de biomasa,
que enlazan o acumulan estos contaminantes por diferentes mecanismos. Las biomasas
son materiales orgánicos de origen vegetal, animal o microbiano
 Precipitación: Por precipitación química se entiende la formación, por la acción de los
reactivos apropiados, de compuestos insolubles de los elementos indeseables contenidos
en un agua, aplicando las leyes de Berthollet o las de la oxidación-reducción. Los
procesos que se emplean mas corrientemente en tratamiento de aguas son, en el primer
caso, el de la precipitación cristalina de los iones Ca2+ y Mg2+ y, en el segundo caso, la
precipitación de hidróxidos metálicos.

6. Echerichia Coli: (E. Coli): procariota, quimiolitrótofa, heterótrofa.
Bacteria GRAM NEGATIVA , en forma de bacilo, de la familia enterobacterias. Es
anaerobia facultativa que crece a un PH de 6 – 7 y temperatua de 37°C (mesofílico),
móvil con flagelos perítricos, no forma esporas, fermenta la glucosa, sacarosa y la
lactosa. Produce vitamina K y B. Puede presentar plásmidos o sobrevivir sin él.
Algunas de las enzimas de interés:
La lisina y ornitina descarboxilasa
La cromato-reductasa YieF
Interés médico: organismos patógenos más relevantes en el humano, tanto en la
producción de infecciones gastrointestinales como de otros sistemas (urinario,
sanguíneo, nervioso).

8. MATERIALES Y MÉTODOS- Estudio de reducción de Cr (IV)
Arena como soporte Anillos Pall como soporte
Se simuló el proceso de biorreducción en condiciones de
laboratorio utilizando reactores batch discontinuos
empleando arena como medio soporte.
Se trabajó con caldo nutritivo como alimento, arena al 5%,
inóculo de la cepa E. Coli. temperatura ambiente (25 ± 3 ºC)
con agitación constante y aireación mecánica.
A las 24 horas y obtenida la biopelícula en el medio
soporte, se suplementó con 20, 50, 100 y 200 mg/L de Cr
(VI)- solución de dicromato de potasio concentrada- Se
tomaron muestras a las 24, 48, 72 y 120 hs, centrifugadas
a 3.500 rpm durante 20 min. Al líquido sobrenadante
se le determinó el contenido de Cr (VI). Se midió el pH de
la solución. Al finalizar el ensayo se
determinó la presencia de Cr (VI) en la biomasa soportada,
se evaluó la presencia de E. coli en al inicio y al final de la
experiencia para cada una de las condiciones de trabajo, no
se pudo evaluar el crecimiento bacteriano a ya que la
arena produce turbidez enmascarando el resultado.
Uso de material sintético, anillos Pall (cilindro con paredes
ranuradas y costillas internas, el diámetro y la altura del anillo
son iguales. Son de Polipropileno) como material soporte
de Microorganismos. Los anillos utilizados son de Medida
5/8”, Área Superficial 340 m2/m3, Espacio Libre 87 %, Peso
Aprox. 145 Kg/m3, se trabajó con reactores batch. Se
adicionaron 300 ml de caldo nutritivo inoculado con 1 ml
de la suspensión bacteriana en estudio, lográndose una
concentración inicial de 107 UFC/ml, temperatura
ambiente (25 ± 3ºC) con agitación y aireación constante.
Como en la experiencia utilizando arena, no se lograron
buenos resultados a elevadas concentraciones, se
trabajó con adición de cromo hexavalente obteniendo las
siguientes diluciones: 10, 30 y 50 mg/L Cr. Éste fue
agregado a las 24 horas de comenzada la experiencia
para permitir la formación de la biopelícula antes del
agregado del metal. Se determinó el crecimiento
bacteriano en solución a partir de Recuento Total en placa. A
su vez se efectuó la medición de Cr (VI) colorimétricamente y
pH a las 6, 24, 46, 72, 96, 120 y 144 horas.

9.  Palabra clave:
 Reactor tipo Batch es un reactor donde no existe flujo de entrada ni de salida, es
simplemente un reactor con un agitador que homogeneiza la mezcla. Es esencialmente
un tanque en el que se ha permitido que ocurra una reacción.

10. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Estudio de reducción de Cr (VI) utilizando anillos
Pall como soporte
Estudio de reducción de Cr (VI) utilizando
arena como soporte
- La velocidad de reducción aumenta con la disminución de la concentración de Cr.
- Se tiene menor rendimiento empleando arena como medio de soporte.
- Cuando existe material como medio de soporte se logran mayores remociones
trabajando a elevadas concentraciones.

11. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
30 %
95%

12. REDUCCIÓN DE CROMO (VI) EN PRESENCIA DE
METALESLos efluentes de industrias metalmecánicas que realizan cromado de piezas también contienen otros
metales en su composición. Se estudió la biorreducción de Cr (IV) utilizando E. coli y se evaluó la
influencia de la presencia de otros metales como Ni, Pb y Zn.
Plomo Níquel Zinc
Se prepararon Erlenmeyer
conteniendo caldo
nutritivo, inoculados con
suspensión bacteriana
(1010 UFC. Ml/L) y
adicionados con una
solución de dicromato de
potasio de manera de
obtener una concentración
inicial de 20 Mg/L1 Cr (VI).
Se trabajó con
concentraciones iniciales
de plomo de 5, 8 y 20 mg/L
a partir de una solución
concentrada de acetato
Se prepararon Erlenmeyer
conteniendo caldo
nutritivo, suspensión
bacteriana (1010 UFC/ ml) y
solución de dicromato de
potasio con una
concentración inicial de 20
mg/L Cr (VI). Se trabajó con
concentraciones de níquel
de 5, 8 y 20 mg/L,
agregando una solución de
sulfato de níquel
concentrada.
Se prepararon distintos cultivos batch conteniendo caldo
nutritivo, inoculados con E. coli (109 UFC/ml) y
adicionados con una solución de Cr (VI) para obtener una
concentración inicial de 20 mg/L Cr. Se
realizó agregados de Zn(cloruro de zinc) con
concentraciones iniciales de 5, 10 y 15 mg/L. En todas las
experiencias con metales, se trabajó con un blanco con
adición de Cr y sin agregado de metal; todas a
temperatura ambiente y con aireación. Se evaluó el
crecimiento bacteriano. Para Pb y Ni se muestreo a las: 2,
4, 20, 26, 34, 46 y 70 hs, para el Zn a las 6, 24, 46, 72, 96,
120 y 144 hs. Se evaluó la presencia de E. coli a lo largo
de las experiencias. Se estudió la reducción de Cr (VI)
tomando muestras en distintos intervalos de tiempos.
Para Pb y Ni se muestreo a las: 2, 4, 20, 26, 34, 46, 70 y 96
hs, para el Zn a las 6, 24, 46, 72, 96, 120, 144 y 192 hs. Se
realizó la determinación de los metales (Pb, Ni y Zn) al
comienzo y al final de la experiencia para cada
concentración de trabajo.

13.  Palabra clave:
 El matraz Erlenmeyer es un recipiente de vidrio que se utiliza en los laboratorios,
tiene forma de cono y tiene un cuello cilíndrico, es plano por la base. Se utiliza
para calentar líquidos cuando hay peligro de pérdida por evaporación.

14. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Estudio de crecimiento de E. coli con presencia de Cr (VI) y metales (medición de la densidad
óptica  Espectrofotómetro)
Crecimiento de E.coli con
presencia de 20mg/L de Cr (IV)
y Plomo
Crecimiento de E.coli con
presencia de 20mg/L de Cr (IV) y
Zinc
Crecimiento de E.coli con
presencia de 20mg/L de Cr
(IV) y Niquel
- Mayor crecimiento bacteriano a menores concentraciones de metal.
-En las primeras hs. no se evidencia crecimiento bacteriano al medir la D.O.
-La presencia de dos metales inhibe el crecimiento de bacterias al inicio del tratamiento, ya
que la bacteria debe resistir y adaptarse a ambos  FASE LATENCIA
-Con agregado de Niquel se tiene un crecimiento bacteriano mas rápido, igualmente sin
agregado de metal se obtiene el mayor crecimiento bacteriano.

15. REDUCCIÓN DE CROMO (VI) EN PRESENCIA DE
METALES
- Inhibición de la reducción de Cromo hexavalente al inicio debido a que no existe crecimiento
bacteriano.
-EL PROCESO DE REDUCCIÓN DE CROMO VI ESTA ACOMPAÑADO DEL CRECIMIENTO DE LA
BIOMASA BACTERIANA.
-Con el plomo se midió menor crecimiento bacteriano, sin embargo la eliminación de Cromo VI
ocurre en menor tiempo que para la presencia de Niquel y Zinc.

16. REDUCCIÓN DE CROMO (VI) EN PRESENCIA DE
METALES

17. ALCANILIZACIÓN DEL MEDIO
Aumenta levemente el PH en consecuencia de la cantidad de
compuestos básicos producidos durante el crecimiento de la bacteria

18. ALCANILIZACIÓN DEL MEDIO

19. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

20. CONCLUSIONES
*COMPORTAMIENTO GENERAL DE LA BACTERIA
 BASE ARENA
 ANILLOS PALL
 METALES (Pb, Ni, Zn)
*COMPARACION CON OTROS METODOS DE REDUCCIÓN DE Cr(VI) A Cr(III)

*

21. CONCLUSIÓNES
 La E. coli tiene buena tolerancia con el Cr
 La E. coli tiene buen rendimiento de reducción del Cr
 Los otros metales retrasan, pero no inhiben la reducción
 Se logra biorreducción del Cr Vl y precipitación del Cr lll

22. MUCHAS GRACIAS