Optimización de un sistema de doble filtración biológica para la remoción de manganeso en aguas subterráneas mediante inoculación bacteriana

Abstract

En Argentina, la presencia manganeso (Mn) y de hierro (Fe), también en sus estados de oxidación Mn(II) y Fe (II), en aguas subterráneas utilizadas para consumo humano es un problema ampliamente distribuido en diversas provincias (Pacini et al., 2005). La ingesta de concentraciones excesivamente altas de estos metales puede causar problemas de salud (Avila y col., 2013; Farina y col., 2013; Bjorklund y col., 2017). Otro problema sanitario importante es que estos metales consumen el cloro utilizado para potabilizar las aguas (Pacini et al., 2005). Además, estos metales causan problemas estéticos y organolépticos que afectan la calidad del agua procesada (Sly y col., 1990) y pueden inducir la corrosión en las redes de distribución generando problemas operativos y de mantenimiento del sistema (Pacini et al., 2005). Es por ello por lo que la purificación de estas aguas es importante para la salud humana y la seguridad ambiental. Estos metales tóxicos y solubles pueden ser removidos mediante la generación de óxidos insolubles por reacciones de oxidación y posterior filtración de los mismos. La tecnología de filtración biológica en arena es ampliamente utilizada ya que, además de ser amigable con el medio ambiente porque no requiere del agregado de químicos, ofrece una alternativa de alta eficiencia y bajo costo (Pacini et al., 2005). Este proceso consiste en una etapa inicial de aireación seguida por dos etapas de filtración en grava y/o arena, donde los metales oxidados quedan retenidos en biofilms formados por las bacterias indígenas. La última etapa del proceso involucra un paso de desinfección por medio de cloración de forma de proveer de agua segura a la población (Pacini et al., 2005). En este sistema, el Fe (II) se oxida fácilmente en la etapa de aireación y queda retenido rápidamente en los filtros (Pacini et al., 2005; Pacini et al., 2014). Sin embargo, con el Mn(II) no ocurre lo mismo, ya que se requiere de la presencia en los filtros de bacterias oxidantes de Mn(II) (MOB) capaces de acelerar su oxidación (Katsoyiannis & Zouboulis, 2004; Bai y col., 2016). Generalmente, las aguas subterráneas a tratar tienen muy baja abundancia de MOB, lo cual hace que, durante la implementación de algunos sistemas de filtrado, surjan problemas asociados con los extensos tiempos requeridos para el comienzo de la remoción del Mn(II) y, muchas veces, no se logra una eficiencia adecuada, en los tiempos esperados, de eliminación de este metal. Con el objetivo de desarrollar estrategias biológicas para la remoción de manganeso en sistemas de tratamiento de agua, previamente a este trabajo de tesina se aislaron bacterias oxidantes de manganeso (MOB) a partir de filtros biológicos de plantas potabilizadoras ubicadas en Las Toscas y Villa Ocampo de Santa Fe, caracterizadas por su elevada eficiencia en la eliminación de Mn de aguas subterráneas (Piazza et al., 2019). Entre los aislamientos obtenidos se destacó Pseudomonas sagittaria MOB-181, una cepa ambiental con alta capacidad de oxidación de Mn(II) y formación de biofilms sobre arena. Ensayos realizados en filtros de arena a escala de laboratorio demostraron que MOB-181 es capaz de colonizar eficientemente el material filtrante y promover una remoción de manganeso significativamente superior a la observada en filtros no inoculados, incluso bajo diferentes condiciones de temperatura (Ciancio et al., 2020a). El presente trabajo de tesina se enfocó en intentar diseñar una estrategia de inoculación aplicable a escala real, se diseñaron medios de cultivos basados en desechos de glicerol de la industria del biodiesel para crecer estas bacterias de forma más económica y también se analizó la posibilidad de liofilizar esos inóculos. Los inóculos cultivados en este medio glicerol y liofilizados pudieron inmovilizarse en los filtros de arena de sistemas de filtración biológica diseñados a escala de laboratorio y se demostró que los mismos sirven para mejorar la remoción de Mn del agua subterránea (Ciancio et al., 2020b). Con el fin de terminar de optimizar este proceso, se realizaron estudios a escala piloto. Los mismos son de gran importancia ya que permiten confirmar los datos obtenidos a escala de laboratorio y verificar los criterios de escalado para poder alcanzar finalmente la escala real aplicable a plantas de tratamiento de aguas.