Reducción biológica de As(V) y sulfato en sedimentos de un sistema hidráulico contaminado con arsénico

Abstract

"El Arsénico (As) es un contaminante prioritario por su gran potencial ecotoxicológico. La creciente problemática global de acuíferos contaminados por As hace necesario el estudio de los procesos químicos y biológicos involucrados en las transformaciones de dicho metaloide. La movilidad y toxicidad del As dependen de reacciones redox, adsorción-desorción, precipitación-disolución y actividad biológica, ésta última interviene ampliamente en el ciclo biogeoquímico del As en sedimentos. En los sistemas sedimentarios se presentan zonas óxicas y anóxicas aunado a la disponibilidad de materia orgánica lo que promueve el metabolismo microbiano reductor. En este contexto, la arseniato-reducción, es un metabolismo microbiano no deseable ya que incrementa la toxicidad y movilidad del As al reducir el As(V) que es menos tóxico a As(III) que es más tóxico. Para contrarrestar el efecto negativo de la arseniato-reducción ésta se puede asociar al proceso de sulfato-reducción, con lo que se promueve la bio-mineralización de As(III) al formarse sulfuros de arsénico, retirándolo de la fase acuosa e inmovilizándolo en fases minerales. El objetivo del presente trabajo fue realizar un estudio microbiológico con sedimentos contaminados con As, para evaluar, en microcosmos, la reducción microbiana de As(V) y su efecto en la movilización de especies de arsénico en presencia de materia orgánica y condiciones propicias para el proceso de sulfato-reducción. Se realizaron experimentos en lote utilizando como inóculo dos sedimentos con características distintas, Cerrito Blanco (CB) y Club de Tiro (CT) para estudiar las reacciones de sulfato/arseniato reducción. Los resultados indicaron que en presencia de As(V) y sulfato la biota microbiana de los sedimentos tiene preferencia por el proceso de arseniato-reducción, no obstante, si hay una fuente de carbono también se efectúa la sulfato-reducción. Cuando existen concentraciones bajas de sulfuro disuelto (<3 mM) ocurre la bio-mineralización de sulfuros de arsénico, cuya formación está ligada a la actividad microbiana. Con la formación de precipitados minerales se remueve arsénico de la fase liquida. Después de que los cultivos se incubaron 30 días se alcanzó una remoción de 90% en ensayos con sedimento CB y de 52% en ensayos con sedimento CT, de una concentración inicial del 10 mM de As(V)."

"Arsenic (As) is a priority pollutant due to its great ecotoxicological potential. Arsenic-contaminated aquifers are a widespread worldwide problem; therefore, the study of chemical and biological processes involved in the transformation of this metalloid is highly relevant. The fate, mobility, and toxicity of arsenic, are mainly controlled by redox reactions, adsorption-desorption, precipitation-dissolution, and biological activity. The latter, is recognized by playing a critical role in biogeochemical cycling of arsenic in aquifer sediments. Sedimentary systems possess oxic, and anoxic zones, these characteristics along with the availability of organic matter, promote reducing microbial mechanisms such as the arsenatereducing process. This metabolic function is undesirable because it increases the toxicity and mobility of As (by reducing it from the oxidation state V to III). To counteract the negative effect of arsenate-reduction, this process can be associated with the sulfate-reduction process because the availability of As (III) and sulfide can promote the bio-mineralization of As by removing it from the aqueous phase by its immobilization as As-bearing sulfide minerals. The aim of this work was to perform a microbiological study using arsenic enriched sediments to assess the microbial reduction of As(V), and its effect on arsenic speciation. Two scenarios were evaluated: the presence of organic matter, and favorable conditions for the sulfate-reduction process. Batch experiments were conducted using two sediments as inoculum with different characteristics: Cerrito Blanco (CB) and Club de Tiro (CT). Microcosms were periodically sampled to follow sulfide production, consumption of substrate and sulfate, acetate production and arsenic species (III and V), in order to evaluate the cultures performance. The results indicate that in the presence of As(V) and sulfate, the microbial community of the sediment has preference for the arsenate reduction process; however, if a carbon source is available, it also performs sulfate-reduction. When low concentrations of sulfide (<3 mM) are present, the arsenic bio-mineralization linked to microbial activity occurs, and besides the disappearance of As from the aqueous phase there is also formation of precipitates containing arsenic and sulfur. After incubating the cultures for 30 days 90% of arsenic removal was reached in assays with the CB sediment, and 52% with the CT sediment."