El tratamiento de aguas residuales puede ser un trabajo poco atractivo, pero las bacterias están felices de hacerlo. Las plantas de aguas residuales dependen de las bacterias para eliminar las toxinas ambientales de los desechos para que el agua procesada pueda descargarse de manera segura en los océanos y ríos.
Ahora, una bacteria descubierta por investigadores de Princeton en un pantano de Nueva Jersey puede ofrecer un método más eficiente para tratar las toxinas que se encuentran en las aguas residuales, la escorrentía de fertilizantes y otras formas de contaminación del agua.
La bacteria, bacteria Acidimicrobiaceae A6, es capaz de descomponer el amonio, un contaminante que se encuentra en las aguas residuales y la escorrentía de fertilizantes. Aún más interesante es que A6 puede realizar esta conversión química en ausencia de oxígeno, una capacidad que podría ser útil para proporcionar métodos alternativos al oxígeno costosoindependientes de los métodos utilizados actualmente en el tratamiento de aguas residuales y otros procesos.
"Una gran cantidad de energía es utilizada por maquinaria que mezcla aire en aguas residuales para proporcionar oxígeno para descomponer el amonio", dijo Peter Jaffe, profesor de Ingeniería Civil William L. Knapp '47 en Princeton y profesor en el Centro Andlinger de Princetonpara Energía y Medio Ambiente. "A6 lleva a cabo esta misma reacción anaeróbicamente y podría presentar un método más eficiente para tratar el amonio y una forma de tratar otros contaminantes ambientales encontrados en áreas pobres en oxígeno, como los acuíferos subterráneos".
Jaffe y su colega Shan Huang, investigador asociado en ingeniería civil y ambiental en Princeton, informaron el descubrimiento de A6 y sus habilidades únicas el 11 de abril en la revista PLOS UNO .
La mayoría de las plantas de alcantarillado que se descargan en los océanos o ríos ya usan bacterias para eliminar el amonio de los desechos, pero hacerlo requiere agitar mucho aire en el lodo para alimentar el oxígeno de las bacterias. Las bacterias usan el oxígeno en una reacción química que convierte el amonio ennitrito y luego otras bacterias convierten el nitrito en gas nitrógeno inofensivo.
Eliminar el amonio es importante para evitar el agotamiento del oxígeno en las corrientes y para evitar la eutrofización, el crecimiento de algas excesivas y otras plantas desencadenadas por compuestos de nitrógeno de las aguas residuales y la escorrentía agrícola.
Un proceso químico alternativo para descomponer el amonio, conocido como Feammox, ocurre en ambientes y suelos ácidos, ricos en hierro y humedales, y se ha encontrado que ocurre en suelos de humedales ribereños en Nueva Jersey, en suelos de selva tropical en Puerto Rice, en suelos de humedales en Carolina del Sur, y en varias ubicaciones de bosques y humedales en el sur de China. Sin embargo, no estaba claro qué permitió la reacción de Feammox.
Jaffe y Huang tenían el presentimiento de que una sola bacteria podría estar en la raíz del proceso en 2015 al estudiar muestras tomadas del humedal Assunpink cerca de Trenton, Nueva Jersey. En un estudio en ese momento, Jaffe y sus colegas descubrieron que el Feammoxla reacción solo tuvo lugar en las muestras de pantano cuando estaba presente una clase de bacteria conocida como Actinobacteria. Entre estas bacterias, los investigadores identificaron una especie específica de bacteria que denominaron bacteria Acidimicrobiaceae A6 y que sospechaban que desempeñaban un papel clave en la reacción de Feammox. Tenían el presentimiento de que A6 estaba convirtiendo el amonio en nitrito y las bacterias comunes manejaban la conversión de nitrito a nitrógeno gaseoso.
Sin embargo, aislar la bacteria y confirmar definitivamente su papel llevó años de minuciosa investigación. En su nuevo estudio, el equipo de Princeton mezcló muestras de suelo recogidas del humedal de Nueva Jersey con agua y un material que contenía óxido de hierro y amonio y permitió que la mezclaincubar en viales durante casi un año.
La mezcla de las muestras de suelo y el medio metálico en los viales se realizó en una cámara libre de oxígeno y los viales se sellaron herméticamente para imitar las condiciones anaeróbicas del suelo del humedal del que se originó la bacteria.
Aproximadamente cada dos semanas a lo largo del año, los científicos extrajeron una pequeña muestra de cada uno de los viales para ver si el óxido de hierro y el amonio se estaban degradando. Cuando descubrieron una muestra donde se estaba produciendo esta reacción, utilizaronsecuenciación genética para identificar las especies bacterianas presentes, y descubrió definitivamente que A6 estaba llevando a cabo la reacción de Feammox.
"Desde que descubrimos que la reacción se estaba produciendo en el humedal aquí en Nueva Jersey, hemos sospechado que una bacteria estaba haciendo el trabajo pesado", dice Jaffe. "Este estudio confirmó que A6 tiene esta capacidad, lo que la hacela primera especie conocida que lleva a cabo la reacción de Feammox "
El equipo de Princeton está explorando cómo construir un reactor donde A6 pueda usarse para procesar amonio a escalas industriales. Un desafío es que las bacterias consumen una gran cantidad de hierro para llevar a cabo el proceso, lo que lo haría demasiado costoso comométodo para reemplazar la aireación. Para solucionar este problema, los investigadores están experimentando con la aplicación de un pequeño potencial eléctrico entre dos electrodos insertados en el líquido del reactor en un dispositivo que denominaron una "célula de electrólisis microbiana". Los electrodos pueden asumir el papel de hierroestaba tomando la reacción de Feammox.
El equipo de Princeton está trabajando con el Ministerio de Medio Ambiente de China para desarrollar un prototipo de reactor para reducir el amonio y los metales pesados en las aguas residuales. Están explorando si la tecnología podría ayudar a contrarrestar la eutrofización, donde los nutrientes excesivos en la escorrentía dañan ríos, lagos y costas.
Los investigadores también descubrieron que si bien oxida el amonio, la bacteria A6 también es capaz de eliminar simultáneamente tricloroetileno y tetracloroetileno, dos contaminantes difíciles de tratar que a menudo se encuentran en sitios contaminados. La bacteria también transfería electrones a otros compuestos distintos al hierro.como el uranio y el cobre. En el caso del uranio, transformarlo en una forma que no sea soluble en agua.
"Debido a que no requiere oxígeno, A6 podría sobrevivir en lugares donde otras bacterias podrían no hacerlo, como en aguas subterráneas contaminadas", dice Jaffe. "Combine eso con su versatilidad para remediar varios contaminantes y podría convertirse en una herramienta muy importante".para abordar una variedad de problemas ambientales "
El apoyo para el proyecto fue proporcionado en parte por la National Science Foundation y el Fondo del Proyecto X de Princeton, un fondo para apoyar la investigación no convencional.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Princeton, Escuela de Ingeniería . Original escrito por Chris Emery. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :