Oxidación bacteriana de sulfato ferroso con acidithióbacillus ferrooxidans.

Abstract

El principal mecanismo de acción bacteriana en la disolución de minerales sulfurados es conocido como acción indirecta, y esta basado en la oxidación bacteriana de ion ferroso utilizando oxígeno disuelto como aceptor de electrones. El ion férrico producido ataca en una segunda etapa al sulfur en una reacción puramente química. La cinética de oxidación bacteriana de ion ferroso con Acidithiobacillus ferrooxidans ha sido descrita normalmente en términos de una expresión del tipo Monod. Sin embargo, la evidencia experimental publicada sugiere un importante efecto del pH y del Eh de la solución sobre la velocidad de oxidación, los cuales no están completamente caracterizados. En este trabajo de tesis se profundiza el estudio del efecto del pH y del Eh sobre la velocidad de oxidación de sulfato ferroso en presencia de Acidithiobacillus ferrooxidans. El estudio de la influencia del Eh en la velocidad de oxidación de ion ferroso se realizó con una celda bioelectroquímica que permite realizar mediciones a potencial controlado. • Los resultados obtenidos permitieron validar un original modelo cinético desarrollado que incorpora explícitamente el efecto del Eh y considera asimismo el efecto de las concentraciones de ion ferroso y férrico. • La expresión cinética obtenida permite la descripción de la cinética de oxidación de ion ferroso con Acidithiobacil/us ferrooxídans en un rango de potencial (0,56 a 0,84 V vs SHE) mucho más amplio que los modelos presentados con anterioridad. • Los resultados muestran que con Eh < 065 V(SHE) la velocidad de oxidación bacteriana depende sólo de la [Fe 2+1. Cuando el Eh está entre 0,65 y 0,82 V(SHE) la oxidación bacteriana de br ferroso disminuye al crecer [Fe 3-"]. Para Eh sobre 0,82 V(SHE) la actividad oxidativa bacteriana disminuye fuertemente por el aumento de Eh, siendo nula cuando se alcanza Eh m = 0,84 V(SHE). • El modelo cinético construido permite relacionar el comportamiento de las velocidades de oxidación con las etapas principales de la cadena de transporte de electrones del microorganismo. El estudio de la influencia del pH en la zona de pH sobre 2,5 se efectuó utilizando una metodología desarrollada por el autor que permite evaluar en forma separada la influencia del pH y de la simultánea formación de precipitados. Con este método se ha llegado a tres importantes conclusiones: • Los resultados muestran cue a pH sobre 2,5 la disminución de la velocidad de oxidación bacteriana de ion ferroso esta principalmente controlada por la disminución en la concentración de protones en solución. Sin embargo, existe una contribución inhibitoria adicional debido a la formación de precipitados férricos en este rango de pH. • Se encuentra además, que a pH sobre 5,0 la acción bacteriana se vuelve despreciable y predomina la oxidación química de ion ferroso. • Con la información obtenida se demostró que es posible lograr un efectivo aumento de la actividad oxidativa bacteriana mediante un adecuado control de la concentración de hierro (y formación de precipitados) en solución. Se realizaron mediciones de velocidad de oxidación bacteriana de ion ferroso en el rango de pH 1,3 - 2,5. Para ello se midieron velocidades iniciales de oxidación utilizando un electrodo de Eh a pH constante. Se encuentra que en este rango de pH el efecto de la acidez es especialmente fuerte sobre la constante de afinidad con el sustrato K5 , aumentándola al crecer el pH. Considerando la información experimental de velocidades de oxidación bacteriana de ion ferroso en el rango de pH 1,3 - 5,0, se formuló una expresión cinética que permite describir en forma adecuada la influencia de la concentración de ácido y de la formación de precipitados sobre la velocidad de oxidación bacteriana de ion ferroso en todo el rango de pH analizado. Finalmente, se evaluó el coriportamiento de un reactor bioelectroquímico para la biooxidación indirecta de ion ferroso en soluciones que inhiben la acción oxidativa de Acidithiobacilius ferrooxidans. Utilizando una celda de dos compartimentos se estudió la biooxidación indirecta de ion ferroso en soluciones cloruradas, tóxicas para el desarrollo bacteriano. Se encontró que la bacteria es capaz de sostener durante tiempos prolongados el proceso de oxidación indirecta, y además, crecer utilizando este proceso. El rendimiento obtenido para el crecimiento de los microorganismos en estas condiciones es Y = 8,34 x 104 cel. / μg Fe, un valor similar al reportado para la oxidación de ion ferroso por Acidithiobaci'Ius ferrooxidans en medios de cultivo.