Análisis de la interacción entre minerales arcillosos, microorganismos y contaminantes provenientes del río Reconquista

MARIANO MEDIAN; TUFO, ANA E.; M. BELÉN PRADOS; GUSTAVO CURUTCHET

La Plata

Jornada; 5° Jornadas Nacionales de Investigación Cerámica,; 2022

Uno de los cursos de agua más contaminados de Argentina es la cuenca baja del río Reconquista. En sus sedimentos se acumulan grandes cantidades de materia orgánica y residuos tóxicos persistentes, queconducen a la selección de microorganismos que pueden ser fundamentales en determinar el destino de estos contaminantes y su posterior biorremediación. Por esta razón, el análisis de la interacción entre los microorganismos, los contaminantes y los minerales arcillosos presentes en ambientes contaminados, así como la comprensión de los procesos que ocurren en estos contextos, es clave para diseñar e implementar eficientes acciones de remediación. El objetivo del presente trabajo es estudiar dicha interacción, con el fin de comprender cuáles son las implicancias de las mismas en procesos de biorremediación. Porconsiguiente, se extrajeron y caracterizaron fracciones arcillosas desde sedimentos fluviales de dos áreas del río Reconquista, que difieren en el grado de contaminación: Dique Ing. Roggero (DR) (lugar nocontaminado) y Troncos del Talar (TT) (lugar altamente contaminado). Asimismo, se caracterizaron muestras de arcillas consideradas patrones de montmorillonita (M), illita (I) y otra illita con alto contenido de hierro(IR). En todas las muestras, la fracción mineral correspondiente a las partículas con tamaño menor a 2 μm libres de impurezas, fueron separadas de la matriz utilizando el método de Atterberg [1]. Posteriormente, las fracciones arcillosas fueron caracterizadas por varias técnicas fisicoquímicas: -difracción de Rayos X (DRX) bajo diferentes condiciones que permitieron su completa identificación (secado al aire, bajoatmósfera de etilengicol y calcinadas); -determinación del área superficial por el método de BET; -análisis dela porosidad por las isotermas de adsorción/desorción de N2; -tamaño de partícula (Difracción Laser);-punto de carga cero (PZC); - morfología por microscopia electrónica de barrido y espectroscopia de rayos Xde energía dispersiva (SEM-EDS), entre otras. Por otro lado, a partir de los sedimentos contaminados TT, se realizaron los enriquecimientos de las comunidades microbianas en medios aeróbicos (9K para Acidithiobacillus Ferrooxidans y OK + S para Acidithiobacillus Thiooxidans) y anaeróbicos (Postgate, Geobacter y Clostridium).Los datos de la caracterización superficial de las muestras, se muestran en la Tabla 1. Se puede observar que el tamaño de partícula es similar tanto en las fracciones arcillosas patrones como en las naturales, lo cualtiene sentido al considerar que se utilizó el mismo método de separación por tamaño (método de Atterberg). Por otro lado, los sedimentos de DR y TT difieren notablemente en la cantidad de materia orgánica (%MO), la cual puede influir en los parámetros físico-químicos de las fracciones arcillosas que loscomponen. En particular, se observa que a mayor %MO, las partículas tienden a una menor área superficial(SBET) y aumento en el ancho medio de poro interpartícula (wp). Los análisis de DRX confirmaron la composición mineral de las arcillas patrones. En el caso de las fracciones arcillosas de DR y TT, mostraron que son mayoritariamente interestratificados de fases de esmectita/illitay sus fases discretas; también se pudo identificar trazas de caolinita en la muestra de TT. Bajo el propósito de comprender la interacción entremicroorganismos autóctonos y las arcillas, se realizaron ensayos de adhesión inicial entre las arcillas patrones y las provenientes de sedimentos DR y TT, con los microorganismos enriquecidos en medios aeróbicos y anaeróbicos. Para ello se hizo recuento utilizando cámara de Neubauer y se confirmó la adhesión por medio de SEM. Entre los resultados obtenidos, se destacan los siguientes:- Para los microorganismos enriquecidos en medio Clostridium,se obtuvo un 87% de adhesión sobre las arcillas de I e IR y seobtuvo un 88% en la fracción arcillosa DR, mientras que no sedetectó adhesión en las fracciones arcillosas de TT. Dichosresultados, podrían indicar que la presencia/ausencia decontaminantes y el contenido de materia orgánica son determinantes en la adhesión superficial de estos microorganismos. Evidentemente, el alto contenido de materia orgánica (193g/Kg) y de metales (Zn: 896 mg/Kg, Cu: 115 mg/Kg, Cr: 416 mg/Kg, Fe: 8772 mg/Kg) en los sedimentos provenientes del TT, no favorecen la adhesión de los microorganismos.- En el caso de Acidithiobacillus Ferrooxidans se obtuvo un 76%de adhesión en IR, 54% en la fracción arcillosa proveniente de TTy 14% en DR. Estas bacterias son oxidantes del hierro, por lo que su crecimiento se ve favorecido por presencia de este elemento. En particular, las arcillas IR presentan alto contenido de hierro, y en estas sedetectó el mayor % de adhesión. En la misma línea, el porcentaje de adhesión fue superior en las arcillas provenientes de TT respecto de las extraídas del DR, y esto es acorde al contenido de Fe presente en cadasedimento (TT: 8772 mg Fe/Kg y DR: 210 mg Fe/Kg).- Los ensayos realizados en las arcillas patrones, indicaron que la gran mayoría de los microorganismos (Acidithiobacillus Thiooxidans y los enriquecidos en medio Geobacter y Postgate) presentan un mayorporcentaje de adhesión en M (entre 60-90%), comparado con I e IR (entre 40-80%). Esto se puede asociar a la elevada área superficial que presenta (ver Tabla 1), favoreciendo la disponibilidad de sitios activos y, porende, la interacción con los microorganismos.Los resultados obtenidos hasta el momento, sugieren que el contenido de materia orgánica y la presencia/ausencia de contaminantes en la matriz arcillosa en cuestión, son factores determinantes para lainteracción microorganismos - minerales arcillosos. Siendo los mismos, claves para comprender los primerospasos en la formación de biofilms microbianos. Asimismo, se observó que según sea el tipo de microorganismo analizado, el contenido elemental (hierro entre otros) y el tipo de mineral mayoritario en lamatriz arcillosa, pueden resultar favoreciendo o no el porcentaje inicial de adhesión.