Sub-proyecto: Tratamiento sostenible de aguas ácidas de mina en la Faja Pirítica Ibérica

1. Workshop transfronterizo proyecto I2TEP Evaluación de sustratos orgánicos para mejorar la actividad sulfato-reductora de inóculos utilizados para el tratamiento de drenajes ácidos de mina Julio César Castillo Hernández Universidad de Huelva Sub-proyecto: Tratamiento sostenible de aguas ácidas de mina en la Faja Pirítica Ibérica Coordinador: Dr. D. Juan Carlos Cerón García

2. ÍNDICE • 1. Introducción • 2. Materiales y métodos • 3. Resultado y discusión • 4. Conclusiones

3. Introducción

4. Introducción • La oxidación de pirita mediante el Fe3+, principal mecanismo productor de AMD en residuos mineros. Drenajes ácidos de mina (AMD) FeS2 + 3.5O2 + H2O Fe2+ + 2SO42- + 2H+ Fe2+ + 0.25O2 + H+ Fe3+ + 0.5H2O A. Ferrooxidans FeS2 + 14Fe3+ + 8H2O 15Fe2+ + 2SO42- + 16H+ Fe3++ 3H2O Fe(OH)3 + 3H+ >pH (3.5)

5. Introducción • Tratamiento pasivo biológicos • Sistemas pasivos biológicos y combinados (calizos-biológicos)

6. Introducción • Reducción de sulfatos por Bacterias sulfato reductoras (BSR) y efecto tóxico del Zn sobre su actividad 150mg/L - Zn

7. Introducción • Sustrato orgánico de bajo coste que fomente la actividad sulfato reductora compost de Leucaena compost de Tagasaste Residuos Industriales de Jara Estiércol de caballo

8. Objetivos Este trabajo tiene como objetivo principal es el diseño de un sistema de tratamiento químico (caliza) y biológico (BSR): Principalmente se enfocará en optimizar un sistema basado BSR para tratar las altas concentraciones de sulfato y Zn del AMD pre-tratado en un sistema químico de remediación. Así mismo, se pretende evaluar y seleccionar un sustrato adecuado, que se fácilmente biodegradable y que exista una gran disponibilidad cerca de la zona de tratamiento .

9. Materiales y métodos 3.1. Inoculos Lodo de depuradora (SS) < 150 mg/L Zn Mina Esperanza (ME) 30 mg/L Zn Mina Cueva de la mora (CM) 400 mg/L Zn BSR

10. Materiales y métodos 3.2. Experimentos de enriquecimiento, tolerancia y eliminación de Zinc • 1. Enriquecimiento • Condiciones anaeróbicas • Medio de cultivo Postage B • Durante 35 días • 2. Tolerancia y eliminación de Zn • Condiciones anaeróbicas • Medio de cultivo de Sani • pH neutro, [SO42-] = 3000 mg/L y [Zn] = 260 mg/L • Durante 42 días

11. Caracterización química de los sustratos orgánicos Análisis de sustancias fácilmente disponibles (SFD) Contenido de Lignina y Celulosa Contenido de sólidos volátiles

12. Materiales y métodos 3.2. Diseño experimental • Duración del experimento 8 semanas Los 3 Inóculos fueron evaluados para cada lote de sustratos Control +: lactato Control -: sin lactato Cabina anóxica Compost de leguminosa (CL) Estiércol de Caballo (EC) Residuos de jara Sustratos orgánicos

13. Materiales y métodos Métodos analíticos Soluciones ICP = [S]TOTAL y Zn Espectrofotometro= [SO42-] pH-Eh Técnica Número Más Probable (NMP) Precipitados sólidos SEM-EDS

14. 4. Resultados 4.1. Caracterización química de los sustratos • Cuanto menor sea el contenido de lignina en el sustrato orgánico, mayor es su biodegradabilidad y capacidad para promover el desarrollo de la actividad bacteriana. • Entre los tres sustratos orgánicos, el EC mostró la mayor eficiencia para promover con éxito la actividad de BSR por sí mismo en los experimentos.

15. Resultados y discusión 4. Resultados y Discución 4.1. Experimento de enriquecimiento • pH aumentó desde 7.1 a valores promedio de 7.6. • Eh descendió de 400 a -220 mV. • [SO42-] descendió desde 2155 mg/L al LDD. • [BSR] incrementó desde 0 a 4.7·105 y 4·105 UCF/mL en los experimentos con inóculo de ME y CM; y desde 5.3·105 a 1.3·106 UCF/mL, para los inóculos SS. SO42- + 2CH2O H2S + 2HCO3- H2S + M2+ MS + 2H+

16. Resultados y discusión 4.2. Experimentos de tolerancia y eliminación de Zn • pH aumentó con valores que oscilan 5.5 y 8.0. • Eh descendió de 420 a -100 mV con SS, y a 55 mV con CM y ME. • [S]TOTAL disminuyó de 467 a 337 mg/L (28%). • [SO42-] disminuyó de 1400 a 233 mg/L (83%). • [BSR] incrementó de 6.5·104, 2.4·104 y 2·104 a 1·107, 1.3·106 y 1.7·106 UCF/mL con los inóculos SS, ME y CM. SO42- + 2CH2O H2S + 2HCO3-

17. Resultados y discusión 4.2. Experimentos de tolerancia y eliminación de Zn • El descenso de la [SO42-] y el aumento de la [BSR] es concomitante con un descenso en la concentración de Zn hasta del 100% (de 260 mg/L al LDD). SO42- + 2CH2O H2S + 2HCO3- H2S + M2+ MS + 2H+

18. Resultados y discusión 4.2. Evaluación de sustratos orgánicos • El pH y Eh para el desarrollo de las BSR en todos los ensayos fue de 7.18 y -409 mv aproximadamente. • En los cultivos donde se reemplazó el lactato por estiércol de caballo se consiguió una disminución del sulfato en un 100%. SO42- + 2CH2O H2S + 2HCO3-

19. Resultados y discusión O O S O O Fe Zn As Cu

20. Resultados y discusión Cuantificación de BSR • Las [BSR] aumentaron en los experimentos con estiércol de caballo para los inóculos SS, CM, ME a valores de 1.3·105 UFC/mL , 4·104 UFC/mL, 4·104 UFC/mL, respectivamente.

21. Conclusiones • Este estudio recomienda el uso de BSR para remediar concentraciones de Zn de hasta 260 mg/L. Las altas [SO42- y Zn] en solución fueron retiradas por precipitación de nanopartículas de esfalerita-wurtzita (ZnS) concentradas en agregados esféricos <2.5 μm de ø. • La implementación de un biorreactor con BSR para el tratamiento de Zn y el SO42-, después de un tratamiento pasivo con caliza, podría reducir la movilidad de todos los metales en los AMD de los entornos mineros abandonados de la FPI. • Los resultados sirvieron para determinar que el estiércol de caballo fue el residuo orgánico más eficaz y con mayor degradabilidad. • En los cultivos donde no se observó reducción de sulfatos a sulfuros hubo mayor desarrollo de bacterias metanogenas o acetógenas, ya que en los medios se pudo observar gran producción de gas probablemente metano. • En conclusión, el uso del estiércol de caballo como fuente de carbono es una alternativa barata para implementar un sistema de biorremediación para las AMD, ya que hay una gran disponibilidad dentro de Andalucía abaratando costos en la movilidad de los residuos, e incrementando su interés.