Bacterias ayudan a tratar el agua utilizada en las refinerías de petróleo

Microorganismos detectados por científicos son capaces de eliminar contaminantes tóxicos presentes en un tipo de efluente industrial

Por Elton Alisson, desde Jarinu (interior de São Paulo)

Agência FAPESP – Las refinerías de petróleo emplean una gran cantidad de agua en un proceso industrial denominado craqueo catalítico, cuyo objetivo consiste en elevar el rendimiento de productos tales como la gasolina y el gas licuado de petróleo (GLP) mediante la conversión de fracciones pesadas provenientes de la destilación del petróleo en fracciones más livianas y de mayor interés comercial.

Debido a que ese efluente industrial –denominado “agua ácida”– tiene una alta concentración de contaminantes tóxicos, tales como fenoles, gas sulfhídrico y gas cianhídrico, además de amoníaco, hidrocarburos y mercaptanos, no puede destinárselo directamente al tratamiento y debe almacenárselo en las refinerías para la remoción del amoníaco y de los sulfuros antes de descartárselo.

“Las concentraciones de contaminantes tóxicos en ese efluente industrial pueden variar de 100 a 1.000 ppm [partes por millón]. Si ese agua residual fuera enviada directamente a una laguna de tratamiento, podría causar graves problemas ambientales”, declaró Elen Aquino Perpetuo, docente del Instituto del Mar de la Universidad Federal de São Paulo (Unifesp), a Agência FAPESP.

En colaboración con colegas del Centro de Capacitación e Investigación en Medio Ambiente (Cepema) –un centro cooperativo en Ingeniería Ambiental que cuenta con apoyo de la FAPESP–, la investigadora halló una solución más práctica para el tratamiento de ese efluente industrial.

Los científicos identificaron dos bacterias –la Achromobacter sp. y la Pandoraea sp.– capaces de reducir la concentración de contaminación del “agua ácida” a niveles aceptables que permitan arrojarla al medio ambiente o reutilizarla en procesos industriales en las refinerías.

Algunos de los resultados de este proyecto se dieron a conocer en el encuentro Brazil-UK Frontiers of Engineering, realizado entre los días 6 y 8 de noviembre en la localidad de Jarinu, en el interior de São Paulo, Brasil, por la Royal Academy of Engineering, del Reino Unido, en colaboración con la FAPESP.

El evento congregó a 63 jóvenes investigadores de distintas áreas de Ingeniería –fueron 33 de Brasil y 30 del Reino Unido–, que actúan en universidades, instituciones de investigación y empresas tales como Shell, Foster Wheeler y Petrobras, entre otras.

“Las bacterias lograron remover todos los contaminantes de muestras de efluentes de refinerías”, afirmó Aquino Perpetuo, quien cursó su maestría, su doctorado y su posdoctorado con becas de la FAPESP.

De acuerdo con la profesora, las dos bacterias fueron aisladas en el aire y descubiertas por casualidad, cuando ella trabajaba como investigadora en el Cepema, en la ciudad paulista de Cubatão, cerca de una refinería de Petrobras.

Al dejar una solución de fenol con 500 ppm expuesta en un área de procesos al aire libre del Cepema, los investigadores se dieron cuenta de que días después la solución empezó a enturbiarse, una señal de crecimiento celular.

“Como sólo había fenol como fuente de carbono en la solución, nos dimos cuenta de que ciertos microorganismos estaban degradando el compuesto”, dijo Aquino Perpetuo. “Posteriormente empezamos a aislar a las bacterias y a inocularlas en distintas concentraciones de contaminantes para verificar cuáles resistían más ante la presencia de fenoles. Y constatamos que la Achromobacter sp. y la Pandoraea sp. eram más eficientes en la degradación del compuesto.”

Degradar fenol

Con el fin de probar la eficacia de las bacterias en la degradación de fenoles, los científicos realizaron dos experimentos distintos. En el primero, realizado en biorreactores, adicionaron 100 mililitros (ml) de biomasa de Achromobacter sp. en 500 ml de agua ácida y mantuvieron a las bacterias en la solución durante 82 horas.

En tanto, en el segundo experimento, mantuvieron durante 96 horas cepas de Pandoraea sp. en una solución de “agua ácida” en un balón de Erlenmeyer (un frasco de vidrio), con agitación y temperatura controlada.

Para dejar incolora al “agua ácida” tratada con las bacterias se utilizó una concentración de 6 gramos por litro de carbón activado, como el que se utiliza en los filtros de agua domésticos.

Los resultados de los experimentos indicaron que las bacterias fueron capaces de degradar los fenoles y compuestos tales como el o-cresol y el m-cresol presentes en la soluciones en concentraciones de 500 ppm.

Con todo, la bacteria Achromobacter sp. fue la más eficiente y demostró capacidad para degradar fenoles en una concentración de hasta 2 gramos por litro de solución.

“Hasta ahora no había sido identificada una bacteria con una capacidad tan alta en efluentes reales [no sintéticos]. Las que figuran en la literatura científica tienen capacidad como para degradar concentraciones de hasta 200 ó 300 ppm de efluentes sintéticos, tales como agua con adición de fenol, donde no existe mezcla de contaminantes”, dijo Aquino Perpetuo.

En el marco de un proyecto de doctorado realizado con beca de la FAPESP, los científicos analizaron el proteoma (un conjunto de proteínas) de la bacteria con el fin de detectar las enzimas implicadas en la capacidad del microorganismo de degradar fenoles.

Los resultados del análisis salieron publicados en la revista Current Proteomics y demostraron que el microorganismo posee algunas enzimas que exhiben una gran expresión cuando se las expone al fenol.

“Creemos que la Achromobacter sp. puede ser una nueva especie de bacteria. Por eso hemos solicitado la secuenciación de su genoma total”, dijo Perpetuo.

Aplicación en gran escala

De acuerdo con la profesora, una de las posibles formas de utilización de las bacterias en el tratamiento del “agua ácida” sería mediante la aplicación de biopelículas de los microorganismos en cilindros biológicos similares a ruedas de agua, que quedarían parcialmente inmersos y girando sobre la superficie de tanques de almacenamiento del efluente, toda vez que las bacterias necesitan aireación.

Al girar, el cilindro permitiría que las bacterias en un momento entrasen en contacto con el efluente y degradasen los contaminantes tóxicos o en otro permaneciesen expuestas al aire.

“Desarrollamos un prototipo del cilindro biológico para un tanque de un litro en un ambiente abierto y funcionó. Nos pareció que no sería difícil hacer uno en una escala mucho mayor”, estimó.

A juicio de Aquino Perpetuo y de otros expertos presentes en el evento en Jarinu, la biorremediación –tal como se le denomina a la utilización de microorganismos para la transformación biológica de productos químicos indeseables, para la inmovilización de metales o en la modificación de las propiedades de los materiales para mejorar la utilización de recursos tales como el agua y la tierra– es reconocida como una de las soluciones de más bajo costo para la limpieza del agua y de suelos contaminados.

Con las nuevas tecnologías de secuenciación genética, el área ha empezado a desarrollarse más durante los últimos años, sostuvo Andrew Singer, investigador del Centro de Ecología e Hidrología del Natural Environment Research Council (Nerc), del Reino Unido.

“La microbiología molecular moderna se desarrolló a un ritmo tan grande durante los últimos años que podrá permitirnos no sólo detectar microbios aislados y su actividad genética, sino también efectuar un estudio rápido de un ambiente entero para determinar las especies de microorganismos presentes y estimar la abundancia y su actividad”, dijo Singer en una conferencia durante el evento.

La colaboración en la investigación científica

El Brazil-UK Frontiers of Engineering tuvo como objetivo permitir que los participantes conociesen a otros investigadores prometedores de otras áreas y de lugares distintos, para desarrollar una perspectiva multidisciplinaria en Ingeniería. Asimismo, apuntó a estimular el establecimiento de redes multinacionales de colaboración en investigación científica.

“La idea fue crear un espacio de discusión durante el encuentro en el cual jóvenes investigadores provenientes tanto de universidades e instituciones de investigación como de empresas pudiesen conversar sobre temas que tendrán impactos económicos y sociales en el futuro”, explicó Euclides de Mesquita Neto, docente de la Facultad de Ingeniería Mecánica (FEM) de la Universidad de Campinas (Unicamp) y uno de los coordinadores del evento.

“Para esta edición seleccionamos como temas de discusión petróleo y gas, redes inteligentes, big data en salud y biorremediación”, dijo Mesquita Neto, que es miembro de la coordinación del área de Ingeniería de la FAPESP.

Durante los tres días de duración del evento se realizaron 16 disertaciones orales y sesiones de pósteres sobre esos cuatro temas.

Los suscriptores de la revista Current Proteomics pueden el artículo intitulado “Proteome analysis of phenol-degrading Achromobacter sp. strain C-1, isolated from an industrial area” (doi: 10.2174/1570164611209040007), de Gracioso y otros, en la siguiente dirección electrónica: benthamscience.com/journal/abstracts.php?journalID=cp&articleID=107135.