El 1,4-dioxano es uno de los principales contaminantes del agua y se suele utilizar como un disolvente en pinturas, lacas y pesticidas; además es un subproducto obtenido tras la fabricación de detergentes y cosméticos. En las plantas de depuración de aguas residuales (EDAR) se elimina el 99% de este compuesto. Este contaminante es cancerígeno y ocasiona un gran impacto sobre el medio ambiente; pero es complicado eliminarlo por procesos convencionales, por lo que se utilizan técnicas de atrapamiento en gel de las bacterias. Mediante esta técnica la eliminación es más eficaz, constante en el tiempo (durante aproximadamente un mes) y más barata que con otros métodos.
Se utiliza la cepa D1 de Afipia sp. que usa el 1,4-dioxano como única fuente de carbono, es decir, que es capaz de alimentarse a base de este compuesto, y además tiene una gran actividad biodegradativa. Se hace uso de la inmovilización en gel con la finalidad de mantener una alta densidad de bacterias en el biorreactor. Además, el gel se puede separar fácilmente de las aguas residuales del biorreactor mediante una pantalla, por lo que las bacterias no escapan del biorreactor, siendo un mecanismo de separación fácil y estable. Esta técnica permite una rápida puesta en marcha del biorreactor y una elevada tasa de eliminación del 1,4-dioxano y en un amplio rango de temperaturas.
El cultivo para la cepa D1 de Afipia sp. contiene minerales y 1,4-dioxano como única fuente de carbono y energía. El soporte del gel es de polietilenglicol (PEG) y, una vez polimerizado, se corta en cubitos de 3 mm3. Para evaluar este tratamiento se realizaron pruebas en cultivo continuo, utilizando un reactor rectangular que contenía a Afipia sp. atrapada en los cubitos de gel, a una temperatura constante de 25ºC y a un pH de 6,5. La tasa de aireación del reactor se ajustó a 0,75 L/min y la concentración de oxígeno en el reactor se mantuvo mayor que 6,0 mg/L. La concentración de 1,4-dioxano durante los ensayos de cultivos continuos se midió mediante extracción en fase sólida y posteriormente se cuantificó en una cromatografía de gases o con una espectrometría de masas, o combinación de ambas. Asimismo, se utilizaron experimentos de Batch culture (cultivo discontinuo) para evaluar la dependencia de la temperatura, agitando los tubos y utilizando una incubadora; y después se calculó el rendimiento de eliminación del 1,4-dioxano para cada temperatura (entre 6,9 - 31,7ºC).
Los resultados permitieron concluir que la bacteria, efectivamente, utiliza el 1,4-dioxano como única fuente de carbono, por lo que la concentración de dicho compuesto en el medio disminuye considerablemente, quedando niveles escasos del compuesto en el agua que sale del biorreactor. Se observó una significativa actividad de eliminación de 1,4-dioxano poco después de la puesta en marcha del reactor. Además, antes de su puesta en marcha se apreciaba un gel de polietilenglicol incoloro, su color natural (se puede observar a las bacterias atrapadas en el gel); pero después del test de alimentación continua, el gel se vuelve amarillo. Esto es debido al crecimiento de las bacterias.
La conclusión de los resultados fue que la eliminación del compuesto aumentaba con la temperatura hasta un máximo de 31,7ºC, aunque el proceso de eliminación de 1,4-dioxano mediante esta técnica puede ser realizado también, a bajas temperaturas, pero con un menor rendimiento. Con lo cual, podemos trabajar con un gran rango de temperaturas.
Las ventajas de la utilización del atrapado en gel es poder mantener una alta densidad de bacterias en el biorreactor, una puesta en marcha más rápida y la capacidad de eliminar el 1,4-dioxano, observándose su desaparición en el plazo de 1 mes con una eficiencia de más del 99%. El tratamiento de dilución de estas aguas residuales también es capaz de disminuir la concentración del 1,4-dioxano efluente con agua limpia procedente de otras plantas de aguas residuales.
Otros estudios realizados con otras bacterias concluyen que los tratamientos biológicos mediante el metabolismo de éstas son muy caros y requieren de una continua adición de sustratos metabólicos a las aguas residuales, además de que producen subproductos que quedan en el agua. Sin embargo, la cepa D1 de Afipia sp presenta la ventaja de eliminar el 1,4-dioxano a bajo coste y sin la necesidad de añadir ningún compuesto, además de la baja acumulación de intermediarios en el agua. Por lo tanto, no se requiere un post-tratamiento para la eliminación de los intermediarios. También se ha evaluado la capacidad de eliminación de 1,4-dioxano bajo condiciones de pocos nutrientes y no hubo cambios significativos en la misma por la cepa elegida.
Para las técnicas de atrapamiento en gel se requiere el precultivo de la bacteria para la correcta unión de la cepa al soporte. Esta técnica inmoviliza casi todo el cultivo en el gel, por lo que el coste disminuye. Otra ventaja de la técnica es que no es necesaria la utilización de un tanque de sedimentación para mantener la biomasa, porque como hemos dicho, esta técnica atrapa a las bacterias reduciendo el impacto de la planta de tratamiento de aguas residuales.
Referencias bibliográficas:
1.- Kazuichi Isaka, Makiko Udagawa, Yuya Kimura, Kazunari Sei y Michihiko Ike.
Biological wastewater treatment of 1,4-dioxane using polyethylene glycol gel carriers entrapping Afipia sp. D1
Journal of Bioscience and Bioengineering, Volume 121, Issue 2, February 2016, Pages 203–208
Realizado por:
Sherezade Antón Cabrera
Céline Decouty Pérez
Paula García Berenguer
Lucía García Luján
Julia Goizueta Berheide
Irene Pagán Navarro
