Biooxidación de tiosales con microorganismos extremófilos

Resumen

Las tiosales son compuestos químicos presentes en los licores de proceso en plantas para la concentración de menas de sulfuros metálicos por molienda y flotación. Las condiciones de alcalinidad empleadas y los reactivos añadidos favorecen la conversión parcial de los sulfuros en tiosales. La acumulación de estas tiosales en los circuitos de la planta generan problemas de carácter técnico y medioambiental a partir de ciertas concentraciones ya que son especies metaestables que se oxidan finalmente para formar ácido sulfúrico mediante complejas reacciones en serie que, de forma simplificada, pueden representarse para las principales especies, tiosulfato y tetrationato. Estas sustancias en sí mismas no son consideradas sustancias tóxicas, pero tras su vertido a cauce público, pueden tener un impacto indirecto sobre el medio ambiente: las tiosales reaccionan con el oxígeno del aire, oxidándose, y generando ácido sulfúrico como producto final. Los efectos son disminución del pH y de la concentración de oxígeno disuelto en el cuerpo receptor, afectando al equilibrio químico y biológico de ríos y lagos. La bibliografía recoge una amplia variedad de propuestas para realizar la mencionada oxidación utilizando procedimientos basados en métodos fotolíticos directos e indirectos; irradiación ultrasónica; adsorción sobre hidróxidos de hierro; empleo de agentes oxidantes diversos como ozono, oxígeno, agua oxigenada, mezcla SO2 – aire, Fe(III) – O2, etc. La mayoría de ellas no pasan de ser meras propuestas académicas con escasa viabilidad, incluso técnica. La oxidación con agua oxigenada es una de las opciones más atractivas por sus grandes ventajas desde el punto de vista técnico: suaves condiciones de operación, rápida cinética, elevada eficacia de oxidación y no incorpora sustancias extrañas al medio que necesiten ser eliminadas posteriormente. Los inconvenientes de este reactivo son el elevado precio, su escasa disponibilidad y su peligrosidad como fuerte oxidante en contacto con materiales orgánicos, catalizadores o impurezas. En el medio natural, las reacciones que conducen a la oxidación de las tiosales se realizan con oxígeno aportado desde el aire, si bien estas reacciones suelen estar catalizadas por microorganismos extremófilos entre los que ocupan posición destacada algunas especies del género Acidithiobacillus. La utilización adecuada de este fenómeno catalítico podría dar lugar a un método de tratamiento, denominado biooxidación, con todas las ventajas descritas para el agua oxigenada y sin su costoso inconveniente. Existe una gran variedad de microorganismos con habilidad sulfooxidante para participar en el ciclo del azufre. En este estudio, se utilizará una cepa de Acidithiobacillus thiooxidans, la cual se adaptará para su crecimiento en tetrationato y tiosulfato principalmente, compuestos mayoritarios en las aguas reales de procesos. El objetivo de esta tesis doctoral es el de evaluar las posibilidades de desarrollo de una tecnología para tratar la eliminación bacteriana de tiosales en aguas conteniendo unos 4 g/L de politionatos totales y 0,5 g/L de tiosulfato a través de la consecución de los siguientes objetivos parciales: - Disponer de cultivos bacterianos activos para la utilización de tiosales como sustratos energéticos. - Estudiar la cinética de crecimiento bacteriano en discontinuo. - Estudiar variables sensibles para el diseño como la temperatura, composición de la alimentación y materiales de soporte para la biomasa. - Estudiar los mecanismos de reacción implicados en la oxidación de tetrationato y tiosulfato, en presencia y ausencia de oxígeno. - Analizar las posibles dificultades para el desarrollo de la tecnología. Proponer y aplicar soluciones. - Diseñar una metodología para la monitorización en línea de la concentración de tiosales. - Ensayar la operación de biooxidación en continuo. La metodología aplicada y los resultados obtenidos han permitido demostrar que es posible la operación eficiente, en continuo y en estado estacionario de biorreactores conteniendo tiosales provenientes de aguas industriales, eliminando su carácter contaminante intrínseco asociado a la generación de ácido por oxidación en condiciones atmosféricas.