pág. 6724
CINÉTICA DE LA BIORREMEDIACIÓN DE
AGUAS RESIDUALES CONTAMINADAS CON
IONES CROMATO APLICANDO BACTERIAS
CROMOREDUCTORAS
BIOREMEDIATION KINETICS OF WASTEWATER
CONTAMINATED WITH CHROMATE IONS APPLYING
CHROME-REDUCING BACTERIA
Angel Johann Morales Bernal
Escuela Militar de Ingeniería, Bolivia
Carlos Marcelo Camacho Caero
Escuela Militar de Ingeniería, Bolivia
pág. 6725
DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v8i6.15360
Cinética de la Biorremediación de Aguas Residuales Contaminadas con
Iones Cromato Aplicando Bacterias Cromoreductoras
Angel Johann Morales Bernal1
uicit_profesional@adm.emi.edu.bo
https://orcid.org/0009-0004-7188-9668
Escuela Militar de Ingeniería
Cochabamba - Bolivia
Carlos Marcelo Camacho Caero
ccamachoc@adm.emi.edu.bo
https://orcid.org/0000-0002-5083-2572
Escuela Militar de Ingeniería
Cochabamba - Bolivia
RESUMEN
El estudio de la reducción de cromo hexavalente (Cr6+) aplicando biorremediación presenta ser una
alternativa confiable y eficaz, además que no es tóxica y puede ser aplicado a escalas semi piloto y
piloto. El objetivo del trabajo investigación es aislar cepas nativas de procesos industriales de curtido
de cuero donde existe este tipo de contaminante y obtener datos cinéticos, variables de control y tiempo
de remoción para luego proporcionar herramientas para dimensionar un reactor tipo batch que se
encargue de realizar el tratamiento. Una cepa definida como Basillus spp (Gram +) con un crecimiento
óptimo a pH 7 y 37ºC en un medio Luria Bertani con minerales (LBM), presentó gran adaptabilidad,
demostrando en las pruebas del reactor batch un tiempo de aclimatación de 77.25 h, cinética de
remoción de primer orden, una constante cinética de 0.0082 h-1, una eliminación del 100% de cromo
partiendo de 2mM de Cr6+ y con un crecimiento positivo en un medio con 400 mM Cr6+. Al aumentar
la temperatura de trabajo de 25 a 40ºC se observó que las constantes de trabajo disminuyen al igual que
el tiempo de remoción de Cr6+.
Palabras clave: cinética, cromo hexavalente, bacterias cromoreductoras, biorreactor
1
Autor principal
Correspondencia: uicit_profesional@adm.emi.edu.bo
pág. 6726
Bioremediation Kinetics of Wastewater Contaminated with Chromate Ions
Applying Chrome-Reducing Bacteria
ABSTRACT
The study of hexavalent chromium (Cr6+) reduction through bioremediation has proven to be a reliable
and effective alternative, non-toxic and applicable on semi-pilot and pilot scales. The objective of this
research is to isolate native strains from industrial leather tanning processes where this contaminant is
present, to obtain kinetic data, control variables, and removal times, thereby providing tools for scaling
up a batch reactor to perform the treatment. A strain identified as Bacillus spp. (Gram +), with optimal
growth at pH 7 and 37ºC in a Luria Bertani medium with minerals (LBM), demonstrated high
adaptability. Batch reactor trials showed an acclimation time of 77.25 hours, first-order removal kinetics
with a rate constant of 0.0082 h⁻¹, and 100% chromium removal starting from an initial 2mM
concentration of Cr6+, with growth in a medium containing up to 400 mM of Cr6+. When the operating
temperature increased from 25 to 40ºC, a decrease in reaction rate constant and removal time for Cr6+
was observed.
Keywords: kinetics, hexavalent chromium, chrome-reducing bacteria, bioreactor
Artículo recibido 06 noviembre 2024
Aceptado para publicación: 10 diciembre 2024
pág. 6727
INTRODUCCIÓN
La biorremediación es la acción de mitigar los contaminantes utilizando microorganismos, en el mismo
lugar (in situ) o en otro (ex situ), con ayuda de tecnologías como lagunaje, biofiltros, biorreactores,
entre otros (Boopathy, 2000). La desintoxicación del medio y las reacciones bioquímicas que combaten
a los contaminantes están guardadas en una gran colección de genes dentro de la célula, considerando
el metabolismo, el efecto de la difusión en matrices sólidas, biodisponibilidad, meteorización y catálisis
abiótica de contaminantes, estrés de la célula, depredación y competencia (de Lorenzo, 2008).
Entre los contaminantes más nocivos se encuentra los metales pesados por ser no biodegradables,
persistentes y bioacumulables, incrementando sus concentraciones en zonas donde existe actividad
antropogénica (Hrynkiewicz & Baum, 2014). Existen algunos estudiados recientemente para combatir
elementos como el Zn, Mn, Cu, Al, Ni, Co, Cu, Pb, Fe, Mo, Cr y Cd, llegando a remociones elevadas
considerando el medio contaminado donde se encuentra y que se utilizan microorganismos para realizar
el tratamiento (Sreedevi et al., 2022).
Las industrias de refrigeración, galvanoplastia, curtiembre, preservación de la madera, pintura (Kerur
et al., 2021), textiles, agricultura, producción de acero inoxidable, minería, de forma natural las
erupciones volcánicas, incendios forestales y erosión de suelos, presentan en sus efluentes de agua iones
tanto de cromo hexavalente (Cr6+) provocan diferentes afecciones en sistemas respiratorios,
reproductivos y otros, y cromo trivalente (Cr3+) (Xie, 2024), además de impactos ambientales.
La aplicación de bacterias para la biorremediación de Cr6+, tiene excelentes resultados llegando eliminar
hasta más del 50% del metal, existe biosorción y desorción del Cr3+ que es menos tóxico, mediante con
una cinética de eliminación de primer orden. La transformación de Cr6+ a Cr3+ puede llevarse tanto
dentro y fuera de la célula cómo se ilustra en la Fig. 1, mediante un mecanismo enzimático que involucra
reductasas especializadas (Li et al., 2021). Una reducción intracelular sigue los siguientes pasos:
biosorción del cromo en la superficie de la célula, se transporta el Cr6+ como cromato (CrO₄²⁻) que es
análogo al transporte de sulfato o fosfato, se realiza la reducción y luego el Cr3+ es acumulado en el
citosol.
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Al ingresar el CrO₄²⁻ en la célula este puede causar daños al material genético, para evitar este problema
se realizan diferentes reacciones bioquímicas de apoyo utilizando biomoléculas que le dotan de
resistencia natural para este metal, en este caso la proteína ChrA (Gu et al., 2020), esta actúa como una
bomba quimiosmótica que expulsa a los CrO₄²⁻ del periplasma hacia el exterior celular, impulsada por
la fuerza motriz de protones (Cervantes, 2017). La capacidad de la célula para transformar y resistir al
Cr6+ depende de las proteínas de transporte, la reducción (Alvarez et al., 1999; Johnson et al., 2020) y
de los grupos funcionales externos como se puede apreciar en la Fig. 2. Asimismo, el peptidoglicano
de la pared celular actúa como un quelante del Cr+3, atrapándolos en su estructura (Ordoñez et al., 2019).
Este complejo sistema de reducción, expulsión y quelación molecular protege a las células dotándola
de capacidad de adaptación en medios contaminados con metales pesados como el cromo.
La biorremediación de aguas residuales contaminadas con Cr6+ es eficaz si se controla variables como
pH, tiempo de tratamiento, la relación de inoculación de bacterias, concentración inicial de Cr6+
(Seragadam et al., 2021) y de Cr3+, fuentes de carbono y consorcio de microorganismos (Arishi &
Mashhour, 2021), removiendo eficientemente del contaminante incluso en medios con concentraciones
elevadas como se presenta en las industrias de curtiduría (Kumaresan Sarankumar et al., 2020).
La reducción del Cr6+ en condiciones anaerobias da como resultado Cr3+ y eleva el pH del medio según
la reacción química propuesta por Ohtake et al., (1990):
Considerando la eliminación posterior del Cr3+ entonces se seleccionar una bacteria con alto
rendimiento de reducción de Cr+6 a este pH.
Estudios recientes sugieren seguir la investigación considerando la cinética de crecimiento y la
optimización del proceso (Osail et al., 2023), por las posibilidades de escalamiento a niveles superiores.
Debido a que se tiene el dato, que la concentración de Cr6+ en aguas residuales o naturales varía según
el tipo de industria, con valores entre 4.4 a 170 mg/L (Owlad et al., 2009) y en algunas ocasiones
llegando hasta 1000 mg/L (Bader et al., 1999).
La creciente contaminación de este metal podría afectar las plantas, animales y la humanidad de forma
irreparables, por lo que se debe tener herramientas para frenar su avance (Murthy et al., 2023). La
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biorremediación ha mostrado ser conveniente, no peligrosa y ventajosa con respecto de otros métodos
convencionales, actualmente se está trabajando en procesos biotecnológicos para la eliminación del
Cr6+(Ghosh et al., 2021).
En la ciudad de Cochabamba – Bolivia, la industria de la curtiduría del cuero está teniendo una
disminución considerable cada año (Ministerio de Desarrollo Productivo y Economía Plural (MDPyEP)
& Dirección General de Análisis Productivo (DAPRO), 2020), debido a que las aguas residuales que
generan pueden afectar al medio ambiente y no se tienen tecnologías apropiadas para el tratamiento de
estas, entre otros factores. Por lo que es evidente la necesidad de desarrollar novedosas alternativas de
mitigación de los contaminantes que puede generar la curtiembre.
El presente estudio tiene como objetivo analizar las variables que influyen a la cinética de tratamiento
de aguas residuales utilizando bacterias cromoreductoras aisladas de forma nativa. Se busca
proporcionar datos sobre las constantes involucradas en los modelos cinéticos que describen este
proceso.
La mitigación de contaminantes a base de Cr6+ ayudará a la disminución de metales pesados presentes
en cuerpos de agua debido a la actividad antropogénica. Al poseer métodos de aislamiento,
caracterización y experimentación con bacterias nativas facilitará la aplicación de la flora autóctona del
lugar para realizar biorremediación de cuerpos de agua contaminados con cromo.
METODOLOGÍA
Medio de cultivo
Las cepas fueron cultivadas en medios líquidos y sólidos Luria Bertani (LB) + minerales (LBM)
(Macwilliams & Liao, 2016), con una composición 0.015 g/L FeSO4·7H2O, 4.7 g/L KH2PO4, 1 g/L
MgSO4·7H2O, 0.01 g CaCl2·H2O, 0.12 g/L Na2HPO4, 4 g/L NH4NO3, 0.01 g/L MnSO4·4H2O, 0.2942
g/L K2Cr2O7, 10 g/L glucosa, 5 g/L extracto de levadura, 10 g/L peptona de caseía y 10 g/L NaCl,
autoclavados (121ºC por 15 minutos), con una temperatura de 37ºC a concentración inicial de 2mM de
Cr6+ proveniente de una sal de dicromato de potasio (secado a 103ºC por 1h) esterilizado bajo luz UV
por 20 min, para disolver directamente al medio estéril.
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Aislamiento
Se prepararon 10 mL de LBM en tubos falcón e hisopos para autoclavarlos. Los puntos de muestreos
fueron la piscina de recolección de aguas de curtido del Centro de Innovación Productiva del Cuero
(CETIP-Cuero) y los suelos cercanos a la rejilla del descargo de fulones.
Las muestras se colocaron en medio LBM líquido con un volumen 100 mL con y sin agitación de 150
rpm a 37ºC por 48h.
Posterior a la replicación se realizó una dilución de 10-1 a 10-5. Tomando una alícuota de 20 µL se
plaqueó por extensión en cajas de Petri con el medio LBM. Las diluciones consideradas fueron 10-1, 10-
3 y 10-5.
Se incubó por 48 h y 37ºC según recomendación de André et al., (2021).
Identificación y caracterización de cepas microbianas
Se realizó una inspección visual de las colonias aisladas, verificando peculiaridades de cada una.
Para todas las pruebas se utilizó el medio LBM en medio sólido en condiciones estériles. Se realizaron
pruebas de:
▪ Crecimiento de pH variando de 5 a 12 unidades de pH
▪ Fuentes de carbono se consideró almidón, fructuosa, lactosa, dextrosa, maltosa y glucosa,
▪ Temperaturas de crecimiento de 25, 30, 37 y 40ºC
▪ Concentración de Cr6+ de 2 mM (Elahi et al., 2019) 20 (Viti et al., 2003), 100 (Kalola & Desai,
2020), 400 (Chatterjee et al., 2009), 1000 mM (Narayani & Shetty, 2013)
▪ Tinción de Gram (Mayra Claros Magne & Noel Ortuño Castro, 2016).
▪ Vista al microscópico para verificar su morfología
Determinación de cromo hexavalente
Se preparó una curva de calibración utilizando dicromato de potasio (K₂Cr₂O₇) como estándar primario
(secado a 103ºC por 1 h) de 0.1, 0.2 , 0.4, 0.8 y 1 ppm Cr6+ a partir solución madre de 100 ppm.
La cuantificación se realizó utilizando el método colorimétrico de difenilcarbazida (DPC), basado en
3500-Cs B. (APHA-AWWA-WPCF - 3500-Cr D - colorimétrico) (Rice et al., 2023), que forma un
complejo de color rojo-violeta cuando reacciona con Cr6+.
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Para la determinación se tomó 500 µL muestra, 1 mL de H2SO4 (2N) y 1 mL de DPC (0.5%w/v, disuelto
en acetona), se enrasó a 100 mL y se esperó 15 minutos para el desarrollo del color. Posteriormente se
realizó la lectura a 540 nm en un espectrofotómetro UV-Vis, utilizando cubetas de cuarzo de 1 cm de
ancho.
Determinación de azúcares reductores por DNS
El método de ácido 3,5-dinitrosalicílico (DNS) se empleó para cuantificar la concentración de glucosa
en el medio básico basado en Wood et al., (2012).
La composición del reactivo es: 10 g/L DNS, 16 g/L de NaOH y 30 g/L de tartrato de sodio y potasio.
Se preparó una curva de calibración de 100, 200, 500, 1000, 2000, 2500 y 5000 ppm de glucosa a partir
de una solución madre de 10000 ppm.
Para la determinación se tomó en un tubo de ensayo 1 mL de agua, 1 mL de muestra y 2 mL del reactivo
de DNS y se llevó a ebullición 92ºC por 1 min (considerar el tiempo que tarda en volver a la temperatura
de 3 min), para formar el compuesto color naranja-rojizo, se deja enfriar, se enrasa a 25 mL con agua
destilada y se lee la absorbancia a 540 nm un espectrofotómetro UV-Vis, utilizando cubetas de cuarzo
de 1 cm de ancho.
Determinación de crecimiento microbiano por densidad óptica
El crecimiento bacteriano fue monitoreado utilizando la técnica de espectrofotometría a 600 nm
(Ramírez-Díaz et al., 2009), usando como blanco el mismo medio, centrifugando a 6000 rpm por 15
minutos, para controlar el cambio en las estructuras de los nutrientes y reducción de cromo.
Se utilizó el medio LBM y se monitoreó el crecimiento de los microorganismos a 37ºC durante 12 h,
extrayendo muestras en intervalos de 60 min. Paralelo se realizó un plaqueado de las bacterias en cada
punto y un conteo en cámara Neubauer.
Preparación del starter
Tomando una muestra de una caja de Petri se procedió a colocar en un medio LBM de 100 mL en
condiciones estériles para luego dejarlo en agitación a 150 rpm por 36 h a 37ºC. Una vez culminado se
usó una relación starter:inóculo de 1:100 para los inóculos de cada reactor.
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Preparación de agua sintética
Se tomaron muestras del agua residual del proceso de curtido para caracterizar fisicoquímicamente,
para preparar agua sintética considerando los siguientes parámetros expresados en la tabla 1 calculados
para 1 L.
Experimentación en biorreactores
Se prepararon los biorreactores con un volumen total de 1100 mL (1000 mL de agua sintética y 100 mL
de inóculo). Se consideraron las variables de fuente de carbono, cantidad de Cr6+ y tiempo de incubación
del inóculo, realizando un modelo 2k expresado en la tabla 2, como variable de respuesta se tiene la
remoción de Cr6+. De la mejor combinación se determinaron todas las constantes de trabajo, cinética de
remoción, tiempo de aclimatación por derivadas y variables independientes y combinadas que afectan
al tratamiento.
Cinética del crecimiento y remoción
Para la cinética de crecimiento se basó en las ecuaciones desarrolladas en (Fogler, 2022; Liu, 2020;
Najafpour, 2015), resultando:
Donde, X es el concentración de bacterias [UFC·L-1], t el tiempo [h], el crecimiento específico de
las bacterias [1/h], = la muerte de las bacterias [h-1], la constante de Monod [mg/L], S el sustrato
[mg/L], , m consumo de sustrato por manutención [g /UFC·h], rendimiento [g /UFC].
La cinética para la remoción de Cr6+ se utilizó la descrita por Fogler, (2022), junto con la ecuación de
Arrhenious.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Aislamiento e identificación
En la Fig. 3 se puede observar el punto y lugar de muestreo, se extrajeron 2 muestras de suelo y 2 de la
piscina de desagüe. Después del crecimiento en las cajas de Petri se lograron asilar 3 sepas que
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visualmente presentaban características diferentes presentadas en la tabla 3. La cepa CRB-1 es la que
tiene mayor crecimiento en el periodo de incubación, por lo que se eligió para esta investigación.
Caracterización de cepas microbiana
Los resultados de la caracterización microbiana, como se muestran en la tabla 4 y la Fig. 4 indica que
la cepa aislada es Gram +. Esto es coherente con otros estudios que destacan que bacterias Gram +
como Bacillus spp. son altamente resistentes en ambientes contaminados con metales pesados, como el
cromo hexavalente, demostraron estos microorganismos tienen mecanismos eficientes para reducir Cr6+
a Cr3+, lo que las hace viables para la biorremediación. Asimismo, reportaron una alta efectividad en la
remoción de Cr6+ utilizando bacterias aisladas de ambientes industriales contaminados
Se detectó que al momento de adicionar el dicromato estéril es necesario que el pH y el potencial óxido-
reducción sean adecuados para una vez después de la disolución estos parámetros se encuentren en los
rangos deseados, debido a que se cambian las especies que pueden estar en equilibrio en medio acuoso
como se ilustra en la Fig.5., considerando un pH cercano o superior a 7 (Ukhurebor et al., 2021), para
que el ion cromato esté predominante y pueda removerse con el mecanismo intracelular (Zohri et al.,
2018).
Biorreactores
Aplicando un modelo 2k para 3 variables después de 624h se llegaron a diferentes remociones de Cr6+
obteniendo los datos expuestos en la tabla 5. Utilizando el software Minitab 21.1 se obtuvo la siguiente
ecuación:
%remoción de cromo = -75,1 + 10,27 X2 + 25,56 X1 + 2,915 X1- 1,097 X2*X3 - 0,403 X2*X1 - 0,695
X3*X1+ 0,0500 X1*X2*X3
Dónde:
X1=Tiempo de incubación [h]
X2=Cromo [mM]
X3=Glucosa [g]
Al aplicar un t-student con un nivel de significancia de 0.05, se encontró que la interacción entre el
tiempo de inoculación y la glucosa (X1*X2*X3) no es significativa. Esto sugiere que el aumento en la
concentración de glucosa no mejora significativamente la eficiencia de la remoción de Cr6+ bajo las
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condiciones evaluadas, posiblemente debido a la saturación del sistema o la existencia de un umbral
máximo para la influencia de la glucosa, como han señalado Aravindhan et al., (2012)y Kumar et al.,
(2021).
El reactor Nº 7 logró el 100% de remoción de Cr6+ en 624h y según el modelo es la mejor combinación.
En comparación Elahi et al., (2022) lograron una remoción del 90% en 600 horas, mientras que
alcanzaron el 100% en 700 horas y Ahmad et al., (2013) lograron el 95% en 480 horas usando bacterias
similares, demostrando la eficacia de la biorremediación de la cepa aislada en este estudio.
Se determinó que la cinética es de primer orden, con un coeficiente de determinación r² = 0.9824, y que
el tiempo de aclimatación es de 77.25 h. Las constantes de crecimiento específico máximo, muerte de
las bacterias, constante de Monod, manutención y rendimiento de consumo de sustrato/nº de bacterias
nuevas, utilizando la aproximación numérica Runge-Kutta 4, minimizando el error se llegaron a los
datos expresados en la tabla 6. Se observa que el valor de Ks es pequeño lo que indica que las bacterias
tienen una alta afinidad por el sustrato, sugiriendo que incluso a bajas concentraciones de cromo, el
sistema mantiene una alta eficiencia de remoción, siendo consistente con estudios como los de García-
Hernández et al., (2017) que reportan que bajos valores de Ks reflejan una rápida adaptación microbiana
al sustrato.
Experimentación a diferentes temperaturas
En un periodo de aproximado de 20 días, los reactores a distintas temperaturas lograron una remoción
del 100% de Cr6+. En comparación, (Lace et al., 2019) alcanzaron el 90% en 600 horas, y (Abigail M
et al., 2015) obtuvieron un 95% en 480 horas. Esto evidencia que la biorremediación es efectiva, aunque
los tiempos varían según las condiciones y cepas utilizadas
La CBR-1 se replicó por segunda vez mostrando cambio ligero en la coloración a un tono más rojizo y
a su vez aumentó su eficacia en la remoción de cromo, ya que su tiempo de aclimatación fue menor al
esperado y llegando a una remoción del 100% en tiempos de 324 h a 40ºC y 432h a 25 y 30ºC.
Con a cinética de primer orden se pueden calcular la constante velocidad de remoción de Cr6+ para cada
temperatura, como se describe en la tabla 6:
pág. 6735
A partir de la ecuación de Arrhenius se puede determinar la energía de activación y el factor de
frecuencia:
Aplicando una regresión lineal a los datos se obtuvo un r2= 0.797, Ea/R=2447.7 K y un factor de
frecuencia de 20.88 1/h, el valor bajo del coeficiente de determinación podría deberse a que la célula
cambia su forma de metabolización o que las enzimas trabajan de manera diferente.
ILUSTRACIONES, TABLAS, FIGURAS.
Figura 1. Posible mecanismo de remoción de cromo,
traducido de Li et al., (2021)
Figura 2. Tipos de grupos funcionales que actuan extracelularmente
Imagen traducida de Pushkar et al.,(2021)
Pared celular
Membrana celular
adsorción
reductasa
Sistema de captación
Sistema de eflujo específico
Gram negativo
Gram Positivo
Peptidoglicano
Ácidos teicoicos o
teicurónicos
Eflujo
Biosorción
Bioacumulación
Reducción
EPS
Intercambio de genes resistentes a Cr
mediante transferencia horizontal de
genes
Reducción
extracelular del Cr6+
Biosorción
Linage I
Eflujo
Linage II
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Tabla 1. Datos del agua sintética
Parámetros
Ion de
interes
Conc.
[mg/L]
Fuente de sal
Conc. de la sal
[mg/L]
Cl-
Cl-
980
NaCl
880
NH4Cl
100
SO4=
SO4=
160
Na2SO4
160
Nitrógeno kjedal
NH4+
400*
NH4Cl
300
NH4NO3
100
Extracto de levadura
1000
Peptina de caseina
1000
*Valor máximo tomado, debido a que a con elevadas de amoniaco existe inhibición microbiana (Jiang et al., 2019)
Tabla 2. Matriz para el modelo 2k para experimentación con bioreactores
Bioreactor
Tiempo*
Cr*
Fuente de
carbono*
1
+
+
+
2
+
+
-
3
+
-
+
4
+
-
-
5
-
+
+
6
-
+
-
7
-
-
+
8
-
-
-
*Tiempo (Tiempo de incubación): +:36 y -:24h, Cr (concentración de Cr6+), 2 y 10 mM y Fuente de carbono: 5 y 10 g/L
Figura 3.
Punto y lugar de muestreo, a) rejilla de desagüe de la piscina del fulón de curtido, b) fulón de curtido
a
b
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Tabla 3. Características visuales de las bacterias aisladas en diferentes sustratos muestreados
Código
Características visuales
Sustrato
Imagen
CRB-1
Presenta un color crema con
contorno irregular y
ramificaciones venosas en su
extensión de crecimiento. Su
superficie es sobresaliente y seca.
Suelo
CRB-2
Exhibe un color cremoso con
contornos irregulares de forma
ovalada y tenues brillos en los
costados.
Agua
CRB-3
Color cremoso blanquecino,
contornos irregulares y forma
ovalada. Posee un brillo medio en
su superficie.
Agua
Tabla 4. El resumen de la caracterización de la cepa CRB-1
Parámetro
Resultado
pH
Crecimiento positivo a pH ≥7 hasta 11
Fuentes de carbono
Crecimiento positivo a 48 h Glucosa, a 96 h Almidón y fructuosa, 120 h a
lactosa y maltosa
Niveles de cromo
Crecimiento positivo a, 2, 20, 100, 400 mM de Cr6+ (en algunos casos por el
cambio de color a verde (Plestenjak et al., 2022))
Temperatura
Crecimiento positivo a 48 h a 37 y 40ºC, a 72 h a 30ºC y 100 h a 25 ºC
Tinción de Gram
Gram +
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Figura 4. Tinción de Gram de la cepa CBR-1 – Gram +
Figura 5. Diagrama de Pourbaix del cromo
(Zhang & Tian, 2020)
Tabla 5. Remoción final de cromo después del experimento
Bioreactor
% Remoción
1
41.44
2
31.05
3
86.85
4
40.76
5
50.42
6
25.38
7
99.99
8
63.27
BACTERIA
CROMOREDUCTORA
(CRB-1)
pág. 6739
Tabla 6. Constantes de trabajo considerando el mejor reactor
Constante
Valor
Unidades
µmax
1.968E-03
h−1
kd
3.558E-04
h−1
Ks
1.000E+00
mg L-1
m
9.334E-05
g UFC-1 h-1
YS/X
1.747E-04
g UFC-1
Gráfica 1. Curvas de remoción de cromo a diferentes temperaturas
Tabla 7. Constantes a diferentes temperaturas
Constante
T=25ºC
T=30ºC
T=40ºC
Unidades
µmax
3.389E-03
3.434E-03
4.133E-03
h−1
kd
3.028E-04
2.865E-04
2.712E-04
h−1
ks
1.000E+00
1.000E+00
1.000E+00
mg L-1
m
9.289E-05
9.187E-05
9.080E-05
g UFC-1 h-1
YS/X
1.284E-04
8.032E-05
4.010E-05
g UFC-1
Tabla 8. Constate cinética de la remoción de Cr6+ a diferntes temperaturas
Reactor
Temperatura
[K]
k
[1/h]
1
298.15
0.00442
2
303.15
0.00495
3
310.15
0.00819*
4
313.15
0.00617
*Valor reportado de la experimentación en el modelo 2k
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
70,00
0 100 200 300 400 500
Cr6+ [mg/L]
Tiempo [h]
T=25ºC
T=30ºC
T=40ºC
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CONCLUSIONES
La biorremediación de aguas contaminadas con Cr6+ con bacterias cromoreductoras de la familia
Bacillus spp Gram +, mostraron gran eficiencia cuando se controlan las variables de fuente de carbono
disponible, pH, temperatura de tratamiento constante y preparación del inóculo.
Las constantes de trabajo van disminuyendo conforme aumenta la temperatura a pesar de este fenómeno
la velocidad de remoción es más veloz, por lo que sugiere que las bacterias se acomodan mejor en
ambientes calientes y que no fluctúen constantemente, por lo que en el diseño a mayor escala se debe
tomar esta variable. Además, a temperaturas menores se observó que el consumo del sustrato es mayor
algo que debe considerarse si no se tiene una disponibilidad del mismo en el agua residual. La
manutención es conveniente que disminuya ya que las bacterias necesitaran menos recursos para el
tratamiento.
El tiempo de aclimatación de las bacterias es de aproximadamente de 3 días por lo que es necesario
tomar en cuenta que para volúmenes más grandes el inóculo ya debe estar adaptado para que este valor
no vaya aumentando, debido a las fluctuaciones del proceso de producción.
Los ensayos demostraron que la cinética de remoción de Cr6+ sigue un modelo de primer orden. Esto
permite prever de manera precisa la eliminación del metal en función del tiempo, lo cual es beneficioso
para la aplicación en biorreactores industriales. Las bacterias lograron una remoción del 100% del
cromo en tiempos variables, lo que demuestra su capacidad de adaptación y eficiencia incluso bajo
condiciones de concentración alta de Cr6+.
El modelo matemático de remoción y las constantes cinéticas obtenidas son herramientas fundamentales
para el diseño y optimización de sistemas de tratamiento a escala piloto e industrial. Los resultados de
este estudio sugieren que la biorremediación con Bacillus spp. es una solución sostenible y económica,
con un potencial de aplicación real en el tratamiento de aguas residuales industriales, especialmente en
el sector de curtido de cuero donde este contaminante es prevalente.
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