El tratamiento de aguas residuales puede ser un trabajo poco glamoroso, pero las bacterias están felices de hacerlo. Las plantas de aguas residuales dependen de las bacterias para eliminar las toxinas ambientales de los desechos, de modo que el agua procesada se pueda descargar de manera segura en los océanos y ríos.

Ahora, una bacteria descubierta por investigadores de Princeton en un pantano de Nueva Jersey puede ofrecer un método más eficiente para tratar las toxinas que se encuentran en las aguas residuales, escorrentía de fertilizantes y otras formas de contaminación del agua.

La bacteria Bacteria acidimicrobiaceae A6, es capaz de descomponer el amonio, un contaminante que se encuentra en las aguas residuales y la escorrentía de fertilizantes. Aún más intrigante es que A6 puede realizar esta conversión química en ausencia de oxígeno, una capacidad que podría ser útil para proporcionar métodos alternativos a los costosos métodos dependientes del oxígeno que se utilizan actualmente en el tratamiento de aguas residuales y otros procesos.

"Una gran cantidad de energía es utilizada por maquinaria que mezcla aire con aguas residuales para proporcionar oxígeno para descomponer el amonio, "dijo Peter Jaffe, el Profesor William L. Knapp '47 de Ingeniería Civil en Princeton y profesor en el Centro Andlinger de Energía y Medio Ambiente de Princeton. "A6 lleva a cabo esta misma reacción anaeróbicamente y podría presentar un método más eficiente para tratar el amonio y una forma de tratar otros contaminantes ambientales que se encuentran en áreas pobres en oxígeno, como los acuíferos subterráneos ".

Jaffe y su colega Shan Huang, investigador asociado en ingeniería civil y ambiental en Princeton, informó el descubrimiento de A6 y sus habilidades únicas el 11 de abril en la revista MÁS UNO .

La mayoría de las plantas de alcantarillado que desembocan en océanos o ríos ya utilizan bacterias para eliminar el amonio de los desechos. pero hacerlo requiere mezclar mucho aire en el lodo para alimentar a las bacterias con oxígeno. Las bacterias utilizan el oxígeno en una reacción química que convierte el amonio en nitrito y luego otras bacterias convierten el nitrito en gas nitrógeno inofensivo.

La eliminación del amonio es importante para evitar el agotamiento del oxígeno en los arroyos y evitar la eutrofización. el crecimiento excesivo de algas y otras plantas provocado por compuestos nitrogenados de las aguas residuales y la escorrentía agrícola.

Un proceso químico alternativo para descomponer el amonio, conocido como Feammox, ocurre en ácido, rico en hierro, ambientes y suelos de humedales, y se ha encontrado que tiene lugar en suelos de humedales ribereños en Nueva Jersey, en suelos de selva tropical en Puerto Rico, en suelos de humedales en Carolina del Sur, y en varios lugares boscosos y pantanosos del sur de China. No estaba claro sin embargo, lo que permitió la reacción de Feammox.

Jaffe y Huang tuvieron el presentimiento de que una sola bacteria podría estar en la raíz del proceso en 2015 cuando estudiaron muestras tomadas del humedal Assunpink cerca de Trenton. New Jersey. En un estudio en ese momento, Jaffe y sus colegas encontraron que la reacción de Feammox solo tuvo lugar en las muestras de los pantanos cuando estaba presente una clase de bacteria conocida como Actinobacteria. Entre estas bacterias, los investigadores identificaron una especie específica de bacteria que denominaron Bacteria acidimicrobiaceae A6 y que sospechaban que jugó un papel clave en la reacción de Feammox. Tenían el presentimiento de que A6 estaba convirtiendo el amonio en nitrito y las bacterias comunes estaban manejando la conversión de nitrito en nitrógeno gaseoso.

Sin embargo, aislar la bacteria y confirmar definitivamente su papel requirió años de minuciosa investigación. En su nuevo estudio, el equipo de Princeton mezcló muestras de suelo recolectadas del humedal de Nueva Jersey con agua y un material que contenía óxido de hierro y amonio y permitió que la mezcla se incubase en viales durante casi un año.

La mezcla de las muestras de suelo y el medio metálico en los viales se realizó en una cámara sin oxígeno y los viales se sellaron herméticamente para imitar las condiciones anaeróbicas del suelo del humedal del que se originaron las bacterias.

Aproximadamente cada dos semanas a lo largo del año, los científicos extrajeron una pequeña muestra de cada uno de los viales para ver si se estaban degradando el óxido de hierro y el amonio. Cuando descubrieron una muestra donde se estaba produciendo esta reacción, utilizaron secuenciación genética para identificar las especies bacterianas presentes, y definitivamente encontraron que A6 estaba llevando a cabo la reacción de Feammox.

"Desde que descubrimos que la reacción se estaba produciendo en el humedal aquí en Nueva Jersey, sospechamos que una bacteria estaba haciendo el trabajo pesado, "Dice Jaffe." Este estudio confirmó que A6 tiene esta capacidad, lo que la convierte en la primera especie conocida que lleva a cabo la reacción de Feammox ".

El equipo de Princeton está explorando cómo construir un reactor donde A6 podría usarse para procesar amonio a escalas industriales. Un desafío es que las bacterias consumen una gran cantidad de hierro para llevar a cabo el proceso, lo que lo haría demasiado costoso como método para reemplazar la aireación. Para solucionar este problema, los investigadores están experimentando con la aplicación de un pequeño potencial eléctrico entre dos electrodos insertados en el líquido del reactor en un dispositivo que denominaron "celda de electrólisis microbiana". Los electrodos pueden entonces tomar el papel que el hierro estaba tomando en la reacción de Feammox.

El equipo de Princeton está trabajando con el Ministerio de Medio Ambiente de China para desarrollar un prototipo de reactor para reducir el amonio y los metales pesados ​​en las aguas residuales. Están explorando si la tecnología podría ayudar a contrarrestar la eutrofización, donde los nutrientes excesivos en la escorrentía dañan los ríos, lagos y costas.

Los investigadores también encontraron que al oxidar el amonio, la bacteria A6 también es capaz de eliminar simultáneamente tricloroetileno y tetracloroetileno, dos contaminantes difíciles de tratar que a menudo se encuentran en sitios contaminados. La bacteria también debía transferir electrones a otros compuestos además del hierro, como el uranio y el cobre. En el caso del uranio, transformándolo en una forma que no es soluble en agua.

"Porque no requiere oxígeno, A6 podría sobrevivir en lugares donde otras bacterias no podrían, como en aguas subterráneas contaminadas, ", Dice Jaffe." Combine eso con su versatilidad para remediar varios contaminantes y podría convertirse en una herramienta muy importante para abordar una variedad de problemas ambientales ".