Aislamiento de la bacteria desnitrificante aerobia Stutzerimonas stutzeri y su aplicación en el tratamiento de aguas residuales de coquización

Por qué importa limpiar el agua de las fábricas

La fabricación de acero y otras industrias pesadas utilizan hornos especiales para transformar el carbón en coque, un combustible que mantiene los altos hornos en funcionamiento. En ese proceso, estas plantas generan aguas residuales oscuras cargadas de productos químicos. Esta agua contiene altos niveles de compuestos de nitrógeno y contaminantes orgánicos persistentes que pueden desencadenar proliferaciones tóxicas de algas, envenenar peces y contaminar el agua potable. El estudio detrás de este artículo explora cómo una bacteria presente de forma natural, aislada del propio efluente de una planta de coquización, puede aprovecharse como una herramienta viva para eliminar el nitrógeno y la contaminación orgánica peligrosa de este flujo de residuos difícil de tratar.

Un tipo de agua residual especialmente difícil

Las aguas residuales de coquización son uno de los efluentes industriales más contaminantes. Contienen nitrógeno en muchas formas—como nitrato, nitrito y amonio—junto con compuestos orgánicos complejos, algunos de los cuales son cancerígenos. Si se vierten sin tratar, estos nitrógenos alimentan el crecimiento explosivo de algas y plantas acuáticas, provocando caídas de oxígeno que asfixian a peces y otra fauna. En las personas, el exceso de nitrato puede dañar el transporte de oxígeno en la sangre de los lactantes y contribuir a la formación de compuestos relacionados con el cáncer. Debido a esta mezcla de salinidad, nitrógeno y orgánicos tóxicos, las aguas residuales de coquización son más difíciles de tratar que las aguas residuales urbanas típicas y llevan a las plantas de tratamiento convencionales al límite.

Encontrar un microbio aliado en el propio residuo

Los investigadores recogieron agua de una zona de baja oxigenación de una planta de coquización y cultivaron los microbios residentes en condiciones que favorecían a los capaces de eliminar nitrato. Tras una serie cuidadosa de diluciones y pasos de purificación, aislaron varias cepas bacterianas y utilizaron la secuenciación del gen 16S rRNA para identificar la más prometedora. Esta cepa, denominada Stutzerimonas stutzeri KA1, pertenece a un grupo ya conocido por convertir nitrato en gas nitrógeno inocuo. El equipo comparó entonces la capacidad de distintas cepas para reducir los niveles de nitrato en un medio de laboratorio controlado. KA1 destacó por reducir rápidamente las concentraciones de nitrato en condiciones cálidas y con agitación suave, lo que la señaló como candidata principal para uso industrial.

Probar hasta dónde puede llegar esta bacteria

Para evaluar cómo podría comportarse KA1 en sistemas de tratamiento reales, los científicos variaron un factor a la vez: el tipo de fuente de carbono, la relación carbono-nitrógeno, el nivel de oxígeno y la acidez o alcalinidad (pH). Encontraron que las fuentes de carbono simples y fácilmente digeribles funcionaban mejor, y que el acetato de sodio permitía a KA1 eliminar casi todo el nitrato en unas 40 horas. Una relación carbono-nitrógeno intermedia ofreció la eliminación más rápida; muy poco carbono dejó a las bacterias sin alimento, mientras que el exceso no aportó ganancias adicionales. Sorprendentemente, KA1 siguió funcionando a lo largo de un amplio rango de oxígeno disuelto—desde ausencia de oxígeno hasta condiciones plenamente aireadas—lo que sugiere que puede continuar desnitrificando incluso cuando se burbujea aire en los tanques. También mantuvo una eliminación casi completa de nitrato entre pH 6 y 10, un rango amplio que cubre muchas aguas residuales reales. Estas características apuntan a un microbio resistente que tolera condiciones cambiantes sin perder eficacia.

Del matraz a un reactor operativo

El equipo pasó luego de pequeños matraces a sistemas de tratamiento en miniatura llamados reactores por lotes secuenciales, que imitan los ciclos de las plantas reales. Todos los reactores recibieron lodo activado, la mezcla habitual de microbios usada en tratamiento, pero solo dos fueron “bioaumentados” con KA1 añadido. A lo largo de ciclos operativos repetidos, todos los reactores eliminaron algo de nitrato al principio, lo que mostró que los microbios nativos ya estaban activos. Sin embargo, con el tiempo el reactor no aumentado perdió rendimiento, mientras que los reactores enriquecidos con KA1 continuaron mejorando y eventualmente alcanzaron una eliminación de nitrato claramente superior, incluso en condiciones salinas que suelen inhibir a otras bacterias. El estudio también siguió la demanda química de oxígeno (DQO), una medida amplia de contaminación orgánica, y encontró que los sistemas tratados con KA1 descomponían estos orgánicos más rápido que los controles, llevando los niveles de DQO hacia cero con mayor rapidez.

Qué implica esto para una industria más limpia

Para el público general, el mensaje clave es que los investigadores han encontrado y probado una bacteria “limpiadora” resistente que prospera en el agua extremadamente dura que debe tratar. Stutzerimonas stutzeri KA1 puede eliminar casi todo el nitrato en un rango realista de oxígeno, sal y pH, además de ayudar a eliminar otros contaminantes orgánicos. Cuando se añade a sistemas de tratamiento estándar, aumenta tanto la eliminación de nitrógeno como la de DQO por encima de lo que la comunidad microbiana existente puede conseguir por sí sola. Al ser eficaz y tolerar condiciones adversas, KA1 podría abaratar y facilitar que las plantas de acero y coquización cumplan las normativas medioambientales, reduciendo la carga de contaminación por nitrógeno en cuerpos de agua aguas abajo y contribuyendo a la protección de ríos, lagos y ecosistemas costeros.

Cita: Naseer, K., Ashfaq, K., Shamim, A. et al. Isolation of aerobic denitrifying bacteria Stutzerimonas stutzeri and its application in coking wastewater treatment. Sci Rep 16, 8717 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-43338-6

Palabras clave: aguas residuales de coquización, desnitrificación aerobia, Stutzerimonas stutzeri, bioaumento, eliminación de nitrógeno