Uso de bacterias sulfúricas púrpuras y verdes para la eliminación de H2s contenido en aguas tratadas, utilizadas para el riego (página 2)

Como ya se mensionó la actividad de
oxidación de éste ácido por cier tas
bacterias, puede ser favorable, puesto que disminuye la dosis de
concentración, primero en el agua de riego, después
reduce los daños patógenos que pueden ser provocado
por la presecia del mismo en el agua hacia diversos organismos.
La actividad especìfica que hemos mensionados es llevada a
cabo por el grupo de bacterias clasificadas en el grupo de las
fortótrofas del asufre.

Las bacterias fototrófas anoxigénicas son
un grupo diverso de microorganismos, que habitan generalmente
zonas anaerobias de los sistemas acuáticos con
exposición a la luz (Pfennig, 1967 y 1978, citados en
Zehnder, 1988; Núñez-Cardona, 2003 ) y
debido a su capacidad fotosintética, convierten la
energía luminosa en química.

El fotometabolismo de las bacterias del azufre es
estrictamente anaerobio por lo que el oxígeno molecular no
es un producto de la fotosíntesis; para realizar dicho
proceso utilizan como donadores de electrones compuestos
relacionados con el azufre como el sulfuro de
hidrógeno(H2S),
tiosulfato(S2O3-2), metionina o
compuestos orgánicos simples de peso molecular bajo
(Pfennig, 1977, Stanier et al., 1977, citados en
Zehnder, 1988, Núñez-Cardona, 1998, Trüper y
Pfennig, 1981 y Drews e Imfoff 1991).

La importancia radical de estas bacterias es que al
utilizar como fuente de electrones los compuestos reducidos del
azufre lo almacenan como particulas de azufre elemental en forma
oxidada, tal como lo llevan a acabo las bacterias rojas del
azufre de la familia Chromatiaceae que se
encuantran en el subgrupo de las g –
Proteobacteria (Overmann, 2001), pueden presentar formas
esféricas, en espiral, bacilos o vibrio; con
diámetros entre 1.0- 6.0 mm; con arreglos de 1 o
más células y son Gram negativa. En muchos casos,
su reproducción es por fisión binaria o algunas por
gemación. Pueden ser móviles, gracias a la
presencia de flagelos o por deslizamiento, aunque algunas
presentan vacuolas con gas que les permite flotar. En general,
los pigmentos de las bacterias fotosintéticas
pueden estar localizados en la membrana
citoplasmática o en el sistema membranal
intracitoplasmatico (Holt et al., 1994; Pfenning et al.,
1998 y Madigan et al., 2000).

COMPUESTOS
AZUFRADOS EN EL AGUA

Los compuestos azufrados son muy comunes en el agua;
cuando los compuestos orgánicos en cuya molécula
está presente el azufre son descompuestos por bacterias,
el producto inicial sulfurado está generalmente de forma
reducida, es decir en forma de H2S. Esto es debido a la presencia
de bacterias en el agua que son capaces de reducir iones sulfato
a H2S, de la forma como lo hace la desulfovibrio, la
actividad metabólica de reducción de sulfatos se
lleva a cabo de la siguiente forma:

Como ya se dijo, algunas bacterias pueden reducir iones
sulfatos a H2S, otras pueden oxidar el H2S a un estado de
oxidación más alto. Las bacterias púrpuras y
verdes del azufre obtiene energía de procesos
metabólicos a travès de la oxidación del
H2S. estas bacterias utilizan CO2 como medio de carbono y son
estrictamente anaeróbicos, sin embargo algunas bacterias
del azufre son aeróbicas , es decir pueden utilizar el
oxígeno molecular para oxidar H2S, de acuerdo a la
siguiente reacción:

Sulfuro elemental:

O con iones tiosulfato: H2S

La oxidación del sulfuro en un
estado de oxidación del ion sulfato produce àcido
sulfhídrico, un ácido fuerte. El sulfuro elemental
puede depositarse como grànulo en la
célula bacteriana púrpura del azufre que se observa
con un color rojo obscuro.

Para cuantificar la cantidad de H2S oxidado por las
bacterias rojas del azufre se han empleado biorreactores de
medicion de salida de gas que mide la disolucion subsecuente a
sulfuro elemental, de las ecuaciones>

El sulfuro producido biologicamente ( o biosulfuro) es
formado en particulas de aproximadamente 0.1- 1 mm, los cuales
son estabilizados por la materia organica, tales como proteinas.
Las particulas pueden formar agregados de sulfuro elemental, con
diametro arriba de 3 mm ( Kleijal, et al., 2003).

Las bacterias rojas contienen pigmentos de clorofilas
llamados bacterioclorofila y ademas una variedad de pigmentos
carotenoidicos, estos pigmentos dan el color a estas bacterias,
el azufre elemental oxidado(S0 ) es almacenado como granulo
dentro de las celulas.

El proceso fototrófico que usan las bacterias del
azufre, H2S como donador de electrones, microscópicamente
se almacenan en forma de glóbulos de azufre elemental
alrededor de la célula bacteriana. La reacción que
resume este fenómeno metabólico bacteriano se
representa en la siguiente ecuación
química:

Donde (CH2O) forma el material orgánico
intracelular; como los carbohidratos que utiliza la célula
bacteria como fuente de carbono.

El S0 producido por éste ciclo bacteriano de
inmediato puede ser oxidado a la
2-forma de ion SO4
después que el H2S ha sido consumido. En general
las bacterias púrpuras en tres familias:
Chomatiaceae, Ectothiorhodospiraceae y Rhodospirillaceae, del
otro lado están las bacterias verdes del azufre que forman
una familia muy pequeña de las Chlorobiaceae. El S0
globular acumulado intracelularmente, en algunas bacterias del
grupo chromatiacea corresponde a un intermediario
durante la oxidación del S2O32-
(Brune, 1988).

La capacida de oxidar compuestos reducidos de azufre en
ausencia de oxígeno representa una gran importacia tanto
ecológia y biogeoquímica en las formas más
importante de bacterias púrpuras y verdes, ya que ambos
grupos se encuentran en condiciones ambientales altamente
selectivos anoxigénicamente conteniendo H2S en aguas dulce
y saladas. Todas las especies de bacterias verdes del azufre son
estrictamente anaeróbicas y fototróficamente
obligadas, sin embargo muchas especies de bacterias
púrpuras toleran el oxígeno en bajas
concentraciones y son facultativamente quimioautotróficas,
habitan aguas dulces y aguas ricas en sales (marinas),
ademàs soportan diferentes rangos de pH que van desde
alcalino hasta lentamente ácidos (Pfenning, 1981). A lo
largo de su actividad sintética, estas bacterias tienen un
potencial de oxidación para la fermentación propia
de productos bacterianos, incluyendo ácidos grasos,
alcoholes, ácidos dicarboxílicosy
algunos compuestos aromaticos, llevàndolos a CO2 . ciertas
bacterias de Desulfovibrio excretan acetato como producto final
de la oxidación incompleta de substrato, llevandolas a
CO2 . Especies de Desulfobacter
postgatei, es especial para usar acetato, la cual utiliza como
fuente de carbono y reserva de energía.

La gran mayoría de las bacterias que
utilizan el H2S como recurso energético han sido aisladas
de fuentes marinas ( Jorgensen, 1982).

TÉCNICA
PARA LA CUANTIFICACIÒN DE H2S UTILIZADA PARA
ESTÀNDAR DE EXPERIMENTACIÓN CON
BACTERIAS

El método se basa por una parte en
la finalidad del yodo por el Hidrógeno y por otra parte en
la afinidad de la plata por el azufre. Esto permite
así:

— Seleccionar las diversas categorías de
azufre

— Determinar por adición directa de
una solución de yodo, todas las formas reductoras del
azufre, o sea el azufre total;

— Determinar el sulfuro de hidrógeno
arrastrándolo por una corriente de hidrógeno
y restando de la determinación precedente el
resultado de una nueva medida yodométrica.

— determinar los tiosulfatos por una nueva
medida después de la precipitación del sulfuro de
hidrógeno y de los sulfuros con plomo y calcular el
contenido de sulfuros con una simple diferencia con
el resultado precedente.

— determinar el azufre total del sulfuro
de hidrógeno, de los sulfuros y de los polisulfuros
según la cantidad de iones plata absorbidos en la
precipitación de estos compuestos. La
diferencia con el resultado de la medida de estos
compuesto por yodometría, da el azufre
sobreañadido por los polisulfuros.

TOMA DE LA MUESTRA

Para tomar las muestras de agua destinada para la
determinación de azufre y de sus compuestos, efectuaremos
la toma con las menos perturbaciones posibles. Para ello
utilizaremos un aparato especial. Con un frasco esterilizados
completamente y sumergirlo a favor de la corriente del
agua.

REACTIVOS:

—- Solución saturada de cloruro
bárico

—- Solución de yodo N/10

—- Engrudo de almidón

—- Carbonato o sulfato de plomo puro

—- Solución de nitrato de plata N/10

—- Solución de plumbito
sódico:

Acetato de plomo (baja
concentración)…………………
10 ml

Agua destilada
…………………………………………….
50 ml

Solución de sosa (d= 1.336)
……………………………..
50 ml

Calentar hasta disolución y dejar que se
enfríe

—- Papel de acetato de plomo

—- Amoníaco de plomo

—- Solución de cianuro potásico
N/10

PROCEDIMIENTO

Se tomarán 250 ml de agua sulfurosa como muestra
problema, a la que se deben agregar 5 ml de una solución
saturada de cloruro bárico, para precipitar los sulfatos y
los carbonatos. Después filtrar de modo que no le
dé el aire. El filtrado no debe precipitar más
después de añadir 1 ó 2 gotas de
solución de cloruro bárico.

1.- DETERMINACIÓN DEL AZUFRE TOTAL

Para éste objetivo tomaremos en un vaso de
precipitado 51 ml del filtrado (agua que no contenga sulfatos ni
carbonatos), lo que corresponde a 50 ml de agua sulfurosa
primitiva. Añadir 1ml de de engrudo de almidón y
valorar con la solución de yodo N/10 hasta
coloración azul. Sea n el nùmero de mililitros de
solución de yodo N/10 vertidos. El azufre total (sulfuro
de hidrógeno, sulfuros, tiosulfatos) expresado en gramos
de azufre

DETERMINACIÓN DEL SULFURO DE HIDROGENO
LIBRE

Tomar en un frasco cerrado por un
tapón con dos aberturas, 51 ml de filtrado precedente.
Sumergir el frasco en un baño de agua a 60ºC. Hacer
pasar por una de las aberturas un tubo que llegue al fondo del
matraz por el que se inyecta una corriente de hidrogeno lavada,
que arrastra el sulfuro de hidrogeno por el otro tubo. Detener la
corriente gaseosa cuando el gas, ala salida del frasco, no
ennegrezca más una gota de plúmbico sodico o un
papel de acetato de plomo. Sumergir entonces el frasco en agua
fría, manteniendo la corriente de hidrogeno. Una vez
enfriado, añadir un mililitro de engrudo de almidón
y valorar con la solución de yodo N/10 hasta
coloración azul. Sea n1 el número de mililitros de
yodo N/10 vertidos.

n1 x 0,032 =P gramos de azufre. La diferencia entre el
azufre total y P representa el azufre del sulfuro de
hidrogeno.

DETERMINACIÓN DE LOS SULFUROS, TIOSULFATOS Y
SULFITOS

Introducir en un frasco de tapón
esmerilado, 60 ml del filtrado inicial. Añadir 2 o
3 gramos de carbonato o de sulfato de plomo para absorber
el azufre del sulfuro de hidrogeno y de los sulfuros. Filtrar.
Tomar 51 ml de este nuevo filtrado. Añadir un mililitro de
engrudo de almidón y valorar con la solución de
yodo N/10 hasta coloración azul.

Sea n1 el número de mililitros de yodo N/10
vertidos. H (azufre de los tiosulfatos y de los sulfitos) = n2 x
o, o32; P-H = azufre de los sulfuros.

Si se quiere determinar el azufre de los
sulfitos, separar los 51 ml del filtrado en dos
partes iguales. En una de ellas, determinar el azufre de los
tiosulfatos y de los sulfitos, como anteriormente. En la otra,
complejar los sulfitos con formol. Y valorar con la
solución de yodo N/10. El volumen de solución de
yodo así vertido corresponde al azufre de los tiosulfatos.
Por simple diferencia, calcular el azufre de los
sulfitos.

Para expresar los sulfitos en SO3 = (g/1),
multiplicar el azufre de los sulfitos expresado en S
= (g/1) por 2,5.

Para expresar los tiosulfatos en S2 O3 = (g/1),
multiplicar el azufre de los tiosulfatos expresados en S = (g/1)
por 3,5.

DETERMINACIÓN DE LOS POLISULFUROS

La determinación se efectúa con el agua
primitiva. Introducir 50 ml de agua sulfurosa en un vaso de
precipitados. Añadir 10 ml de amoniaco y 20 ml de
solución de nitrato de plata N/10. Completar a 100 ml con
agua destilada. Tomar 50 ml de filtrado y determinar
con una solución de cianuro potasi co N/10 la plata
residual. Deducir la plata combinada en estado de sulfuro de
plata y por consiguiente el azufre que esta unido a
el y que corresponde al azufre del sulfuro de
hidrogeno de los monos y polisulfuros.

Sea X el número de mililitros de cianuro potasico
N/10 vertidos. El azufre S = de los polisulfuros (g/1) =
(20—x) x o, o32 x 2.

DETERMINACIÓN DEL H2S POR EL MÈTODO
CUANTITATIVO

MATERIAL Y
MÈTODO

REACTIVOS Na2S

H2SO4

Pb(CH3COO)2
0.090 M Na2HPO4 4mM

DESCRIPCIÓN DEL MÈTODO
ANALÍTICO PREPARACIÓN ESTÁNDAR DEL
H2S

El H2S estándar se prepara de la reacción
química de 1 gr. de Na2S con 11 ml de H2SO4 0.1N en un
frasco herméticamente cerrado de 100 ml. El frasco se
sella de inmediato después de agregar el Na2S, luego se
inyecta el H2SO4 en el recipiente con mucho cuidado.

DESCRIPCIÓN DEL MÈTODO

1).- Tomar 0.01 ml, 0.1 ml, 0.3 ml, 0.7 ml y 1 ml del
H2S antes preparado (estándar) y vaciarlos en diferentes
tubos de ensayo que contengan 2 ml de solución 0.09 M de
Pb(CH3COO)2 (Merck) y sellar, lo que
produce un precipitado negro de PbS. El contenido de cada frasco
se filtra con papel WHATMAN 40 y se transfieren a matraces
volumétricos de 250 ml y aforar. (cada punto tiene cinco
réplicas).

Del contenido de cada matraz volumétrico se toman
alícuotas de 100 ml y se titulan con con solución
de NaHPO4 4 nM (Merck), se mide la conductividad de cada volumen
del titulante agregado con un conductímetro Copenhegen
CDM80

Radiómetros (el conductímetro se calibra
usando una solución de KCl como
estándar, Radiómetro, con conductividades de
20 mS/cm y 100 mS/cm respectivamente a 25ª C. En cada caso
particular, el punto de equivalencia se determina con la curva de
titulación conductimétrica . una vez a justada la
curva por regresión lineal ( Líneas rectas
descendentes y ascendentes), el punto de equivalencia es la
intercepción entre ellos.

Para determinar la concentración final del
ión Pb2+ después de la
reacción con H2S la cantidad de H2S absorbido
es determinado indirectamente, de acuerdo a la siguiente
relación:

La preparación estándar será
analizada por el método yodomètrico propuesta por
ayres.

DESARROLLO DEL CULTIVO E INÓCULO

Para el análisis de producción gaseosa se
utilizarán bacterias mixtas oxidadotas del H2S, cada
minibiorreactor debe inocularse con 2 ml del inóculo de
bacterias, el medio de cultivo debe componerse por:

El crecimiento bacteriano será medido con la
densidad óptica a 530 nm.

El análisis químico del H2S absorbido en
el colector de gas debe hacerse usando el método de
conductimetría descrito arriba. Se toman 500 ml de cada
determinación, se centrifuga a 10000 rpm durante 10
minutos y 300 ml del correspondiente supernadante y diluirlo a
100 ml para analizarla.

El H2S es liberado durante el cultivo
bacteriano, el cual es colectado en una solución de
Pb(CH3COO)2 0.09 M de la
reacción.

El exeso de Pb+2 es
determinado por titulación con una solución de
Na2HPO4 4mM.

En èste paso, el H2S formado en el
proceso fermentativo es cuantificado indirectamente.

Se evalúa la curva de titulación ( curva
de formación de precipitado) ( Ayres, 1968),
el punto de equivalencia es la intersección entre
ellos.

BIBLIOBRAFIA

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Science and Technology 48(4): 259-212.

Autor:

Mario de Jesús Casimiro Reyes

Estudiante de la licenciatura de Química
Farmacéutica Biológicas

Profesora:

Dra. Kasuko Aoki Maki

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA METROPOLITANA-
XOCHIMILCO

DIVISIÓN DE CIENCIAS BIOLÓGICAS Y DE LA
SALUD ENERGÍA Y CONSUMO DE SUSTANCIAS
FUNDAMENTALES

16 DE MAYO DE 2006.