Biomineralización de la fase sólida de un acuífero, mediada por un consorcio microbiano reductor de sulfato : efecto de los óxidos de hierro y la relación entre aceptor y dador de electrones

Abstract

Las filtraciones de relaves son un problema común y de gran impacto ambiental que genera la minería en nuestro país. Es incalculable la cantidad de contaminantes que han infiltrado en el subsuelo y han llegado a contaminar los reservorios de agua subterránea. En este contexto, se ha estudiado la colmatación inducida por microorganismos debido a las ventajas comparativas que posee frente a otras alternativas, como el costo económico y la mínima alteración del suelo e impacto ambiental. Se ha detectado que las bacterias reductoras de sulfato tienen un rol importante en la precipitación de CaCO3 y por ende en el proceso de colmatación. En este trabajo, se propone la hipótesis de que es posible mejorar la biocolmatación y la biomineralización de un consorcio microbiano enriquecido en bacterias reductoras de sulfato, en un acuífero modelo alimentado con agua subterránea del tranque de relave y relleno con material extraído por sondaje de un acuífero real, optimizando la relación entre donador (formiato) y aceptor (sulfato) de electrones y aprovechando la reacción entre el H2S producido y los óxidos de hierro presentes en material de relleno. Así, los objetivos fueron establecer la relación entre las concentraciones de sulfato y formiato sin que se vea afectada la actividad sulfato reductora del consorcio, en un modelo de acuífero, con el material de relleno sólido y agua subterránea de tranque que se obtiene por sondaje; y determinar si la presencia de óxidos de hierro en el material de relleno incrementa la precipitación de FeS y CaCO3. En el desarrollo de esta tesis, se utilizaron modelos de acuíferos en dos dimensiones. Se empleó agua subterránea, que contiene sulfatos, y material de sondaje extraídos del acuífero de un tranque de relave. La reducción de sulfato y la biomineralización fue similar con las distintas razones de formiato:sulfato. Esto permitió seleccionar la razón 4:1, para ser usada en los modelos con material de sondaje. Además, la colonización del soporte se logró utilizando un medio de cultivo que contenía sólo agua de barrera hidráulica como única fuente de sulfato. A pesar de la alta diversidad mineralógica y química del material de sondaje proveniente del acuífero del tranque de relaves, éste resultó ser un sustrato adecuado para el establecimiento de un consorcio microbiano reductor de sulfato altamente estable. El consorcio microbiano promovió la formación de precipitados de carbonato de calcio y la colmatación del material de sondaje. Mediante el análisis de las secuencias del gen del ARN ribosomal 16S, se determinó el predominio del género reductor de sulfato Desulfomicrobium que en este consorcio. Se determinó que el material sólido del sondaje contenía óxidos de hierro como FeOOH, α-Fe2O3 y γ-Fe2O3. Se encontró que la concentración de H2S en el efluente de los modelos de acuífero con material de sondaje fue menor que en los acuíferos con cuarzo. Además, se detectó precipitados de FeS. Esto indicaría que los óxidos de hierro presentes en el material de sondaje reducen la concentración del H2S soluble, mediante la inmovilización de este compuesto por parte de los óxidos de hierro, formándose así, el precipitado de FeS. Asimismo, la alcalinización promovida por dicha reacción de precipitación puede favorecer la precipitación de CaCO3. Este trabajo representa un importante avance en la aplicación de la tecnología de precipitación de carbonato de calcio inducida por bacterias reductoras de sulfato para la impermeabilización de un acuífero, que permite proyectar el desarrollo de un proyecto piloto en un tranque de relaves.

Tailings leaks are a common problem with a great environmental impact generated by mining in our country. The amount of pollutants that have infiltrated the subsoil and have come to contaminate groundwater reservoirs is incalculable. In this context, the clogging induced by microorganisms has been studied due to the comparative advantages it has compared to other alternatives, such as the economic cost and the minimal alteration of the soil and environmental impact. Sulfate-reducing bacteria have been found to play an important role in the precipitation of CaCO3 and therefore in the clogging process. In this work, the hypothesis is proposed that it is possible to improve the bio-clogging and biomineralization of a microbial consortium enriched in sulfate-reducing bacteria, in a model aquifer fed with groundwater from the tailings dam and filled with material extracted by drilling from an aquifer. real, optimizing the relationship between donor (formate) and acceptor (sulfate) of electrons and taking advantage of the reaction between the H2S produced and the iron oxides present in filler material. Thus, the objectives were to establish the relationship between sulfate and formate concentrations without affecting the sulfate-reducing activity of the consortium, in an aquifer model, with the solid fill material and underground dam water obtained by drilling; and determine if the presence of iron oxides in the filling material increases the precipitation of FeS and CaCO3. In the development of this thesis, two-dimensional aquifer models were used. Groundwater, which contained sulfates, and drilling material extracted from the aquifer of a tailings dam were used. Sulfate reduction and biomineralization were similar with the different formate: sulfate ratios. This allowed selecting the 4: 1 ratio, to be used in the models with drilling material. Furthermore, colonization of the support was achieved using a culture medium that contained only hydraulic barrier water as the sole source of sulfate. Despite the high mineralogical and chemical diversity of the drilling material from the tailings dam aquifer, this was a suitable substrate for the establishment of a highly stable sulfate-reducing microbial consortium. The microbial consortium promoted the formation of calcium carbonate precipitates and the clogging of the drilling material. By analyzing the 16S ribosomal RNA gene sequences, it was determined that the sulfate-reducing genus Desulfomicrobium predominated in this consortium. It was observed that the solid material from the aquifer contained iron oxides such as FeOOH, α-Fe2O3 y γ-Fe2O3. It was found that the concentration of H2S in the effluent of the aquifer models with drilling material was lower than in the quartz aquifers. In addition, FeS precipitates were detected. This would indicate that the iron oxides present in the drilling material reduce the concentration of soluble H2S; through the immobilization of this compound by iron oxides, forming the FeS precipitate. Likewise, the alkalinization promoted by said precipitation reaction may favor the precipitation of CaCO3. This work represents an important advance in the application of calcium carbonate precipitation technology induced by sulfate-reducing bacteria for the waterproofing of an aquifer, which allows projecting the development of a pilot project in a tailings dam.