Evaluación de la toxicidad del agua de refinería para su posible tratamiento mediante bacterias fototróficas púrpura

El refino de petróleo genera ingentes cantidades de agua residual rica en compuestos tóxicos. Las tecnologías actuales (como fangos activos) son capaces de tratar estas aguas, pero debido a su alto consumo energético y su nula capacidad para valorizar el agua hacen necesario buscar alternativas más sostenibles. Las bacterias fototróficas púrpura son buna buena opción por su mayor eficiencia de depuración y su capacidad para generar productos de alto valor añadido, pero los contaminantes tóxicos del agua de refinería podrían hacer imposible su aplicación. Científicos de la Rey Juan Carlos han evaluado la toxicidad de siete de los compuestos mayoritarios del agua de refinería (benceno, tolueno, etilbenceno, xileno, furfural, metildietanolamina y butanona) para estos microorganismos en base al efecto de los mismos en su metabolismo. Los resultados obtenidos demuestran que las concentraciones reportadas como inhibitorias para estos compuestos están muy por encima de las encontradas normalmente en el agua de refinería. Esto demuestra que el agua de refinería no es tóxica para las bacterias fototróficas púrpura y aseguran la posibilidad de la aplicación de estos microorganismos para su depuración.

Javier San Martín Poblete

Pese a que en las últimas décadas el sector energético está tratando de virar hacia la producción de energías más limpias, el petróleo sigue siendo una parte fundamental de nuestras vidas. De entre todas sus emisiones, los procesos de refino de crudo y petróleo generan también una importante cantidad de agua residual. Cada barril de petróleo procesado genera entre 0,4 y 1,6 barriles de agua residual cuya composición varía enormemente dependiendo del proceso asociado. Pese a ello, el efluente residual combinado de todas las operaciones de una refinería de petróleo es una corriente rica en sustancias contaminantes tales como amonio, sulfatos, cetonas, aminas, sales inorgánicas, metales de transición, derivados del benceno, fenoles y otros hidrocarburos monoaromáticos. Estas aguas son por ello un peligro para el medio ambiente y por tanto han de ser tratadas correctamente.

Debida a la legislación de vertidos, las refinerías ya cuentan con medios para tratar estas aguas. Las depuradoras asociadas a estas industrias están basadas en sistemas clásicos de fangos activos, los cuales son capaces generalmente de eliminar los contaminantes del agua. Aunque esta tecnología se ha constituido como el tratamiento estándar de aguas residuales por su efectividad, actualmente existen alternativas más eficientes. El principal problema de los fangos activos es la altísima demanda energética provocada por los sistemas de aireación, y por tanto su huella de carbono asociada. En los últimos años, se ha estado valorando la implementación de tecnologías anaerobias para minimizar este impacto, si bien estas tecnologías también tienen sus limitaciones ya que requieren de cargas orgánicas muy altas. En el caso de las aguas de refinería, dicha carga suele ser relativamente baja (200-600 mgDQO/L), de modo que las tecnologías anaerobias convencionales no parecen ser una alternativa viable.

Científicos de la Universidad Rey Juan Carlos, creen haber dado con la solución a este problema utilizando bacterias fototróficas púrpura (o por sus siglas en inglés, PPB). Las PPB son microorganismos facultativos capaces de recibir energía en forma de luz solar o artificial y que cuentan con tres grandes ventajas frente a los tratamientos convencionales:

1. Son anaerobias facultativas, es decir, no necesitan oxígeno de modo que no requieren de aireación
2. No requieren de altas cargas orgánicas y además asimilan la materia orgánica de forma mucho más eficiente. Lo mismo ocurre con los nutrientes, ya que los consumen y acumulan en un solo paso sin necesidad de fases de nitrificación/desnitrificación.
3. Se ha demostrado la posibilidad de obtener productos de alto valor añadido de estas bacterias. Los más importantes son proteína microbiana (para alimentación en acuicultura), bioplásticos (en forma de polihidroxialcanoatos), hidrógeno (como fuente de energía) y nutrientes para la producción de fertilizantes entre otros.

Todo ello hace de estas bacterias unas buenas candidatas para mejorar los procesos actuales de depuración de las aguas generadas en las refinerías. No obstante, como ya se ha comentado anteriormente, estas aguas son ricas en compuestos tóxicos y recalcitrantes que podrían inhibir la actividad de estas bacterias. Por ello, el primer paso para comprobar si las PPB son una alternativa viable es comprobar el efecto de algunos de los componentes mayoritarios y más peligrosos de estas aguas en su metabolismo.

Los compuestos evaluados fueron los llamados BTEX (benceno, tolueno, etilbenceno y xileno), el furfural, la metildietanolamina (MDEA) y la butanona, todos ellos reportados como extremadamente tóxicos en bajas concentraciones tanto para los humanos como para multitud de microorganismos.

Para comprobar el efecto de estos compuestos en las PPB, varios cultivos de estas bacterias fueron expuestos a concentraciones variables de los tóxicos. El rango de concentraciones utilizado varió desde concentraciones bajas hasta concentraciones muy por encima de los valores medios encontrados en estas aguas para simular picos o situaciones anómalas y para explorar los límites de las PPB para resistir sus efectos.

El efecto de los tóxicos en el metabolismo de las PPB se evaluó a través de dos parámetros principales:

• Rendimiento en biomasa: Cantidad de biomasa generada por cantidad de materia orgánica consumida. Este parámetro explica como influyen los tóxicos en la capacidad para crecer y reproducirse de los microorganismos.
• Actividad específica: Velocidad de consumo de la materia orgánica con respecto a la cantidad de biomasa contenida en el medio. Este parámetro explica como influyen los tóxicos en la capacidad de las PPB para consumir materia orgánica del medio (y por tanto de depurarlo)

Conocer el efecto de dichos compuestos en el rendimiento en biomasa y actividad específica permitió establecer los límites de concentración a partir de los cuales se inhiben alguno de estos parámetros hasta un 50%. Comparando las concentraciones inhibitorias con las concentraciones típicas de los tóxicos en el agua residual nos permite así evaluar si este efluente es peligroso para la supervivencia de las PPB. Dicha comparación se recoge en la siguiente figura:

Tal y como se puede observar, todos los valores de concentración reportados como inhibitorios para las PPB están muy por encima de los valores típicos encontrados en la industria. Es más, las PPB tienen una resistencia mayor a estos tóxicos que los fangos activos e incluso algunos de los compuestos como la MDEA o la butanona presentaron efectos positivos durante el proceso, lo cual indica que incluso pueden servir como sustrato para estas bacterias.

resulta tóxica para un cultivo mixto rico en PPB. Estos resultados por tanto sirven como una primera aproximación para un posible tratamiento biológico alternativo basado en PPB. Confirmar la seguridad del agua para estos microorganismos es vital y estrictamente necesario antes del futuro desarrollo de esta tecnología. Es, al fin y al cabo, el primer paso para la implementación de un proceso muy novedoso que podría suponer una mejora sustancial a nivel energético y económico del tratamiento de las aguas de refinería, acercándolo además al paradigma de la economía circular. También es importante recalcar que conocer la resistencia de las PPB a los compuestos estudiados no solo serviría para ello, sino que abre la posibilidad de evaluar el tratamiento de otros efluentes industriales en los que pudieran estar presentes estos tóxicos.