Bacterias reductoras del sulfato y su relación con los metanógenos

Desalentar su crecimiento para un digestor más sano
por Dan McKeaton, investigador principal y especialista en anaerobiosis

Las bacterias sulfato-reductoras (SRB) son los principales villanos del proceso de digestión anaerobia, ya que toman el valioso sustrato de carbono y lo utilizan para producir el temido, corrosivo y peligroso sulfuro de hidrógeno. Pero, ¿por qué crecen tan a menudo estas bacterias en los digestores anaerobios? ¿Causan problemas porque compiten con otros microbios anaerobios? ¿Cómo podemos desalentar su crecimiento para conseguir un digestor más sano, menos corrosión en los componentes del digestor y biogás de mayor calidad?

Acerca de la JUR

Los SRB utilizan sulfatos como aceptor terminal de electrones para la respiración anaeróbica (los organismos aeróbicos como nosotros suelen utilizar oxígeno como aceptor terminal de electrones, por ejemplo). Por lo tanto, el desarrollo de SRB está a menudo limitado y directamente ligado a la cantidad de sulfato que entra en un digestor. En nuestro laboratorio, hemos llevado a cabo numerosos estudios sobre el sulfuro de hidrógeno, y complementamos nuestra alimentación con sulfatos para dotar a los SRB de la capacidad de competir con otros microbios sin apoderarse completamente de nuestros sistemas. Cuanto mayor sea el contenido de sulfato, más eficazmente competirán estos productores de H2S por el carbono orgánico. Si los niveles de sulfato son lo suficientemente altos, los SRB pueden crecer hasta tal punto que empiezan a matar de hambre a los metanógenos sanos.

Normalmente, los SRB compiten más directamente con los metanógenos hidrogenotróficos que con otros productores de metano, ya que el hidrógeno suele ser limitante para estas especies. En estos casos, los SRB pueden atrofiar la diversidad en los sistemas anaerobios, haciéndolos más susceptibles a las alteraciones. Sin embargo, en la mayoría de los sistemas los niveles de sulfato no son lo suficientemente altos como para que esto ocurra. Aún así, los SRB suelen constituir una parte pequeña pero considerable de la biomasa anaerobia. En la mayoría de los casos, la producción de metano no se ve obstaculizada por la existencia de SRB y un digestor anaeróbico todavía puede producir metano respetable. A pesar de ello, el sulfuro de hidrógeno a menudo constituye hasta 1000-2000ppm del biogás producido, lo que sigue siendo una amenaza importante para el equipo a través de la corrosión y un problema de seguridad importante para los espacios confinados. Los sulfuros también crean olores muy desagradables, incluso en concentraciones minúsculas, y por lo tanto también pueden afectar a las comunidades locales y a los operadores de la planta. Debido a estos problemas potenciales, el control de la producción de sulfuro de hidrógeno es a menudo esencial para las operaciones de digestión anaerobia.

Figura 1. Este diagrama muestra cómo las SRB pueden convertir el sulfato (S₄O²-) en sulfuro (H₂S). Creado con Biorender.com.

Encontrar soluciones

Entonces, ¿cómo controlar esta producción de sulfuro de hidrógeno o dificultar el crecimiento de microbios reductores de sulfato? En la actualidad existen múltiples enfoques. La opción más habitual es la suplementación con cloruro férrico. El cloruro férrico reacciona precipitando los sulfatos presentes en los digestores. Esto impide que los SRB utilicen los sulfatos para la respiración. Los sistemas con niveles más altos de metales a menudo tienen muchos menos problemas con el sulfuro de hidrógeno debido exclusivamente a la precipitación con sulfato. Sin embargo, esto puede limitar la biodisponibilidad de los metales, causando deficiencia de micronutrientes. Por lo tanto, la suplementación con cloruro férrico en exceso es a menudo necesaria para evitar la eliminación de otros micronutrientes solubles en un sistema.

Figura 2. Este diagrama muestra una disminución general de la producción de sulfuro con la adición de Biogas1 como suplemento de metales. Sin embargo, observamos mejores resultados con la adición de selenio a nuestra mezcla de Biogas1. El selenio se añadió a una dosis de aproximadamente 2 ppb.

También se ha demostrado que otros enfoques tienen éxito en el control de la producción de sulfuro de hidrógeno. La suplementación de un exceso de molibdeno puede inhibir las SRB, lo que conduce a una reducción de la producción de sulfuro. También hemos observado algunos impactos en la producción de sulfuro por la adición de selenio, específicamente incluso en dosis excepcionalmente bajas (Figura 2). Estos enfoques a menudo deben ser considerados sitio por sitio, ya que los resultados pueden depender de la química del agua del sitio, o de la población microbiana en un digestor. Otros métodos de control también son viables en algunos casos, como operar con un mayor tiempo de retención de sólidos para favorecer a los metanógenos de crecimiento lento (Figura 3). También hemos tenido éxito en varios casos con la suplementación de Ana-Zyme P (Figura 4) y actualmente estamos realizando investigaciones sobre el impacto de la suplementación enzimática en la formación de sulfuro de hidrógeno para comprender mejor este fenómeno.

Figura 3. Digestor A En el diagrama anterior, operamos el digestor A a un TRS de 45 días, el B a un TRS de 35 días, el C a un TRS de 25 días y el D a un TRS de 15 días. En general, la disminución del TRS parece favorecer claramente el crecimiento de las bacterias de riesgo.

Figura 4. Este diagrama muestra la reducción de los niveles de sulfuro de hidrógeno en 3 puntos temporales diferentes en un estudio BMP para un digestor. También observamos una disminución con la suplementación de Biogas: Spectrum (metales), lo que ilustra cómo la suplementación de metales en general puede ser eficaz para reducir los sulfuros.

Sobre el autor

Dan McKeaton es investigador principal y especialista en digestión anaerobia en Aquafix Inc. Ha realizado investigaciones sobre aguas residuales durante más de 10 años y ha presentado su trabajo en el simposio técnico de WEFTEC sobre los impactos de los desinfectantes de cationes de amonio cuaternario en el tratamiento biológico de aguas residuales. En la actualidad, Dan es responsable del diseño y la ejecución de nuestros estudios sobre digestión anaeróbica y del desarrollo de productos anaeróbicos, centrándose actualmente en el control de la producción de sulfuro de hidrógeno en los digestores anaeróbicos.