LA BIOTECNOLOGÍA AMBIENTAL.
La
biotecnología ambiental es la biotecnología aplicada y usada para estudiar el
entorno natural. La biotecnología ambiental también puede implicar tratar de
aprovechar un proceso biológico para usos comerciales y de la explotación. La
Sociedad Internacional Biotecnología Ambiental define a la biotecnología
ambiental como "el desarrollo, uso y regulación de sistemas biológicos
para la remediación de entornos contaminados (tierra, aire, agua) y para
procesos amigables con el entorno natural (tecnologías "verdes" y
desarrollo sustentable)".
La biotecnología ambiental abarca cualquier aplicación destinada a reducir la contaminación, desde la utilización de microorganismos para la generación de combustibles hasta el empleo de plantas modificadas genéticamente para la absorción de substancias tóxicas.
Actualmente, la principal aplicación de la biotecnología ambiental es limpiar la contaminación en los diferentes compartimentos terrestres mediante el empleo de estrategias más limpias y menos costosas, que se prefieren frente a las tradicionales técnicas de remediación físico-químicas.
USOS DE BIOTECNOLOGÍA
·Aplicación de la biotecnología a procesos industriales convencionales existentes y problemáticos basados en altas temperaturas, productos químicos altamente reactivos, pH extremos y solventes orgánicos.
·El desarrollo de una línea de biosensores robustos para medición y monitoreo rápido e in situ de productos químicos ambientales.
·Prácticas agro-forestales basadas en productos químico xenobióticos.
·Extracción de minerales y recuperación de metales.
·Uso de productos y procesos basados en plantas para la recuperación y remoción de metales, solventes clorinados, materiales energéticos y desechos con bajo nivel de radioactividad de sitios contaminados; absorción microbial de CO2, producción de combustibles renovables y otras tecnologías ambientales basadas en la biología en apoyo a los compromisos de Canadá para la reducción de gases invernadero
APLICACIONES DE LA BIOTECNOLOGÍA AMBIENTAL
BIORREMEDIACIÓN.
La biotecnología ambiental abarca cualquier aplicación destinada a reducir la contaminación, desde la utilización de microorganismos para la generación de combustibles hasta el empleo de plantas modificadas genéticamente para la absorción de substancias tóxicas.
Actualmente, la principal aplicación de la biotecnología ambiental es limpiar la contaminación en los diferentes compartimentos terrestres mediante el empleo de estrategias más limpias y menos costosas, que se prefieren frente a las tradicionales técnicas de remediación físico-químicas.
USOS DE BIOTECNOLOGÍA
·Aplicación de la biotecnología a procesos industriales convencionales existentes y problemáticos basados en altas temperaturas, productos químicos altamente reactivos, pH extremos y solventes orgánicos.
·El desarrollo de una línea de biosensores robustos para medición y monitoreo rápido e in situ de productos químicos ambientales.
·Prácticas agro-forestales basadas en productos químico xenobióticos.
·Extracción de minerales y recuperación de metales.
·Uso de productos y procesos basados en plantas para la recuperación y remoción de metales, solventes clorinados, materiales energéticos y desechos con bajo nivel de radioactividad de sitios contaminados; absorción microbial de CO2, producción de combustibles renovables y otras tecnologías ambientales basadas en la biología en apoyo a los compromisos de Canadá para la reducción de gases invernadero
APLICACIONES DE LA BIOTECNOLOGÍA AMBIENTAL
BIORREMEDIACIÓN.
Cualquier proceso que utilice microorganismos, hongos, plantas o las enzimas derivadas de ellos para retornar un medio ambiente alterado por contaminantes a su condición natural. La biorremediación puede ser empleada para atacar contaminantes específicos del suelo, por ejemplo en la degradación bacteriana de compuestos organoclorados o de hidrocarburos.
·tratamiento de suelos y aguas: uso de microorganismos naturales (levaduras, hongos o bacterias) existentes en el medio para descomponer o degradar sustancias peligrosas en sustancias de carácter menos tóxico o bien inocuas para el medio ambiente y la salud humana. Se usa, por ejemplo, la bacteria cupriavidus metallidurans que elimina metales pesados en aguas y suelo y se utilizan como biosensores
·compostaje: descomposición de materiales biodegradables, normalmente mezclas de compuestos orgánicos para la estabilización de residuos organicos en el suelo. Esta degradación se debe a una intensa actividad microbiana. Ventajas: enriquecimiento del suelo, remediación de la contaminación, prevención de la contaminación y beneficios económicos
INDUSTRIA.
Compañías industriales están
desarrollando procesos en el área de prevención, con el fin de reducir el
impacto ambiental como respuesta a la tendencia internacional al desarrollo de
una sociedad sostenible.
·producción de biomateriales: se producen todo tipo de nuevos materiales, biodegradables o no, y más eficientes. Tal es el caso de los bioplásticos, nuevos tejidos, materiales para la construcción (como tela de araña), etc.
·productos de consumo humano: La biotecnología puede aumentar del rendimiento de los cultivos al manipular positivamente el material genético de los alimentos: reduciendo los pesticidas y mejorando la nutrición.
·biominería: es el uso de microorganismos en diferentes aspectos de la explotación de los minerales, abarcando desde la concentración de las especies de interés (a través de la bioflotación), la recuperación de los elementos presentes en ellas (biolixiviación y biooxidación), hasta su acción en tareas de remediación ambiental.La biolixiviación es una tecnología que usa bacterias específicas para extraer (lixiviar) metales de los minerales.
las ventajas de la tecnología microbiana (biominería)
-Poca inversión de capital.
-Bajos costos de operación necesarios para las operaciones hidrometalúrgicas.
-Relativa ausencia de polución o contaminación ambiental durante el proceso.
-Permite el tratamiento de minerales con bajo contenido de metal en las minas, los que no pueden ser económicamente procesados por los métodos tradicionales y habitualmente se acumulan sin ningún tipo de tratamiento.
-Permite explotar los recursos mineros en forma más limpia y más económica siendo esta otra ventaja competitiva.
·producción de biomateriales: se producen todo tipo de nuevos materiales, biodegradables o no, y más eficientes. Tal es el caso de los bioplásticos, nuevos tejidos, materiales para la construcción (como tela de araña), etc.
·productos de consumo humano: La biotecnología puede aumentar del rendimiento de los cultivos al manipular positivamente el material genético de los alimentos: reduciendo los pesticidas y mejorando la nutrición.
·biominería: es el uso de microorganismos en diferentes aspectos de la explotación de los minerales, abarcando desde la concentración de las especies de interés (a través de la bioflotación), la recuperación de los elementos presentes en ellas (biolixiviación y biooxidación), hasta su acción en tareas de remediación ambiental.La biolixiviación es una tecnología que usa bacterias específicas para extraer (lixiviar) metales de los minerales.
las ventajas de la tecnología microbiana (biominería)
-Poca inversión de capital.
-Bajos costos de operación necesarios para las operaciones hidrometalúrgicas.
-Relativa ausencia de polución o contaminación ambiental durante el proceso.
-Permite el tratamiento de minerales con bajo contenido de metal en las minas, los que no pueden ser económicamente procesados por los métodos tradicionales y habitualmente se acumulan sin ningún tipo de tratamiento.
-Permite explotar los recursos mineros en forma más limpia y más económica siendo esta otra ventaja competitiva.
BIODEGRADACION DE MATERIALES
-biodegradable: producto o sustancia que
puede descomponerse en elementos químicos naturales por la acción de agentes
biológicos, como el sol, el agua, las bacterias, las plantas o los animales. En
consecuencia todas las sustancias son biodegradables, la diferencia radica en
el tiempo que tardan los agentes biologicos en descomponerlas en quimicos
naturales, ya que todo forma parte de la naturaleza.
-La biodegradación: es la característica de algunas sustancias químicas de poder ser utilizadas como sustrato por microorganismos, que las emplean para producir energía (por respiración celular) y crear otras sustancias como aminoácidos, nuevos tejidos y nuevos organismos. Puede emplearse en la eliminación de ciertos contaminantes como los desechos orgánicos urbanos, papel, hidrocarburos, etc. No obstante en vertidos que presenten materia biodegradable estos tratamientos pueden no ser efectivos si nos encontramos con otras sustancias como metales pesados, o si el medio tiene un pH extremo. En estos casos se hace necesario un tratamiento previo que deje el vertido en unas condiciones en la que las bacterias puedan realizar su función a una velocidad aceptable.
-La biodegradación: es la característica de algunas sustancias químicas de poder ser utilizadas como sustrato por microorganismos, que las emplean para producir energía (por respiración celular) y crear otras sustancias como aminoácidos, nuevos tejidos y nuevos organismos. Puede emplearse en la eliminación de ciertos contaminantes como los desechos orgánicos urbanos, papel, hidrocarburos, etc. No obstante en vertidos que presenten materia biodegradable estos tratamientos pueden no ser efectivos si nos encontramos con otras sustancias como metales pesados, o si el medio tiene un pH extremo. En estos casos se hace necesario un tratamiento previo que deje el vertido en unas condiciones en la que las bacterias puedan realizar su función a una velocidad aceptable.
La degradación de estos compuestos
puede producirse por dos vías:
·Degradación aerobia: degradación de organismos que necesitan oxígeno diatómico para vivir o desarrollarse.
·Degradación aerobia: degradación de organismos que necesitan oxígeno diatómico para vivir o desarrollarse.
·Degradación anaerobia: degradación de
organismos que no necesitan oxígeno en su metabolismo.
Los desechos que a continuación se
detallan pueden tardar lo siguiente en biodegradarse:
- desechos orgánicos........................... 3 semanas a 4 meses
- ropa o género de algodón y/o lino...... 1 a 5 meses
- un par de medias de lana.................... 1 año
- zapato de cuero.................................. 3 a 5 años
-papel.................................................. 3 semanas a 2 meses
- celofán............................................... 1 a 2 años
- trapo de tela....................................... 2 a 3 meses
- estaca de madera.............................. 2 a 3 años
- estaca de madera pintada................. 12 a 15 años
- bambú............................................... 1 a 3 años
- envase de lata................................... 10 a 100 años
- envase de aluminio........................... 350 a 400 años
- materiales de plástico........................ 500 años
- vidrio................................................. indefinido en descomponerse
Las pilas, en el mar o en el campo
contaminan para siempre, tanto en el agua como el suelo.
El mercurio no desaparece nunca y, además, es altamente canceríjeno
Los plásticos biodegradables son aquellos que se forman mediante la utilización de distintas materiales naturales permitiendo en su reciclado formar parte de desechos orgánicos para su mejor tratamiento.
DEPURACIÓN DE AGUAS RESIDUALES
El mercurio no desaparece nunca y, además, es altamente canceríjeno
Los plásticos biodegradables son aquellos que se forman mediante la utilización de distintas materiales naturales permitiendo en su reciclado formar parte de desechos orgánicos para su mejor tratamiento.
DEPURACIÓN DE AGUAS RESIDUALES
Las aguas residuales se generan como consecuencia del uso doméstico del agua y de diferentes actividades agrícolas e industriales. Mediantes drenaje y el acantilado estas aguas alcanzan los ríos, lagos y océanos.
La contaminación del agua puede ser de naturaleza muy diversa, orgánica e inorgánica, y alteran la sanidad, el pH, la oxigenación o la temperatura del agua. Las aguas naturales tienen cierta capacidad de "amortiguación" ya que pueden autopurificarse: los microorganismos heterótrofos mineralizan los nutrientes orgánicos, el aminio se nitrifica y junto con los nutrientes inorgánicos son inmovilizados por las algas y las plantas superiores acuáticas. Las poblaciones bacterianas patógenas se reucen hasta q desaparecen por fenómenos de competencia y depuración.
La consecuencia principal de una contaminación por las aguas residuales es el considerable descenso de oxígeno por la actividad de organismos heterótrofos en presencia de sustratos orgánicos abundantes. Esta falta de oxígeno mata a los organismos aeróbicos y se reduce la diversidad biológica.
El tratamiento de aguas residuales tiene como objetivo la reducción de la denomidada demanda biológica o bioquímica de oxígeno (DBO): se define como la cantidad de oxígeno consumido como consecuencia de la oxidación microbiana de compuestos. Se realiza en tres etapas:
1. Tratamiento primario en el que se utilizan métodos físicos que eliminan los sólidos (materia en suspensión) y reducen la DBO.
2. Tratamiento secundario que emplea métodos biológicos (degradación microbiana), aeróbicos fundamentalmente, para eliminar (mediante oxidación) compuestos orgánicos disueltos y reducir la DBO.
3. Tratamiento terciario que emplea métodos fisico-químicos y/o biológicos para eliminar componentes específicos tales como el amonio y fosfatos. El objetivo de este tipo de tratamiento es la eliminación de materia orgánica y nutrientes no biodegradables.
INCONVENIENTES DE LA BIOTECNOLOGÍA EN
GENERAL:
Las desventajas que presenta la aplicación de la biotecnología se pueden clasificar en dos grupos: Riesgos ambientales y los efectos en la salud humana:
a) Riesgos ambientales:Posibilidad de una polinización cruzada, es decir, el polen de cultivos genéticamente modificados llega a cultivos dónde no se ha intervenido el material genético. Esto podría traer consigo el surgimiento de una maleza agresiva que trastorne el equilibrio del ecosistema.
Uso de cultivos genéticamente modificados, cuyos genes produzcan toxinas insecticidas como el bacillus thuringiensis. Esto puede generar el surgimiento de poblaciones de insectos que invadan los cultivos. También puede perjudicar a la fauna del lugar, como a las mariposas o aves si consumen estas plantas infectadas.
b) Riesgos para la salud humana:
Trasferencia de toxinas o compuestos alargénicos al consumir alimentos infectados, lo que puede trae consigo reacciones alérgicas en las personas.
Riesgo de que virus o bacterias con el material genético modificado escapen de los laboratorios e infecten a la población humana o animal.
El consumo excesivo de alimentos transgénicos puede traer consigo a largo plazo mutaciones en algunas células humanas.
CONTAMINACIÓN ORGÁNICA
Los
contaminantes orgánicos también son compuestos disueltos o dispersos en el agua
que provienen de desechos domésticos, agrícolas, industriales y de la erosión
del suelo. Son desechos humanos y animales, de rastros o mataderos, de
procesamiento de alimentos para humanos y animales, diversos productos químicos
industriales de origen natural como aceites, grasas, breas y tinturas, y diversos
productos químicos sintéticos como pinturas, herbicidas, insecticidas, etc. Los
contaminantes orgánicos consumen el oxígeno disuelto en el agua y afectan a la
vida acuática (eutroficación). Las concentraciones anormales de compuestos de
nitrógeno en el agua, tales como el amoniaco o los cloruros se utilizan como
índice de la presencia de dichas impurezas contaminantes en el agua.
Consiste
en una acumulación exagerada de sustancias contaminantes, originadas por los
seres vivientes; estas sustancias son descompuestas fácilmente por los
organismos descomponedores, limitando así los efectos nocivos sobre el
ambiente.
A estas sustancias que producen la contaminación orgánica se les llama también contaminantes biodegradables, ejemplo: la madera, las fibras vegetales, y animales, la basura, las aguas negras, las excreciones de los seres vivientes, así como cadáveres y desechos. Contaminantes orgánicos demandantes de oxígeno. Aguas residuales domésticas, estiércol, residuos alimenticios y algunos residuos industriales. Compuestos orgánicos refractarios.Plaguicidas, plásticos, detergentes, residuos industriales y aceites.
A estas sustancias que producen la contaminación orgánica se les llama también contaminantes biodegradables, ejemplo: la madera, las fibras vegetales, y animales, la basura, las aguas negras, las excreciones de los seres vivientes, así como cadáveres y desechos. Contaminantes orgánicos demandantes de oxígeno. Aguas residuales domésticas, estiércol, residuos alimenticios y algunos residuos industriales. Compuestos orgánicos refractarios.Plaguicidas, plásticos, detergentes, residuos industriales y aceites.
Es necesario que la vigilancia del río, no sólo sea un problema de las autoridades o de las empresas, sino de todos los ciudadanos, quienes debemos asumir un cambio de actitud evitando arrojar desperdicios al río y desempeñando un rol activo para contrarrestar la contaminación de nuestro principal recurso hídrico, mediante la educación ambiental y protección del medio ambiente, de tal forma que no comprometa el futuro de las próximas generaciones.
Contaminación inorgánica.
Causas y Consecuencias de la Contaminación Ambiental
En general, nuestros residuos inorgánicos domiciliarios están compuestos por: papel y cartón, plásticos, metales, elementos de control sanitario (pañales, toallas higiénicas, algodones, etc), vidrios, y otros (madera, trapos, cuero, goma, pilas).
Como consumidores responsables, podemos reducir la cantidad de residuos domiciliarios mediante dos sencillas acciones:
Como consumidores responsables, podemos reducir la cantidad de residuos domiciliarios mediante dos sencillas acciones:
Evitando comprar artículos innecesarios.
Cuando vayamos de compras al almacén o al supermercado, podemos hacernos las siguientes preguntas: ¿realmente necesito este artículo? ¿Puedo comprar elmismo artículo sin tanto envoltorio? ¿Qué utilidad puedo dar al envase que lo contiene?...
Este sencillo ejercicio nos hace más concientes y responsables como consumidores.
A medida que aumenta el poder del hombre sobre la naturaleza y aparecen nuevas necesidades como consecuencia de la vida en sociedad, el medio ambiente que lo rodea se deteriora cada vez más. El comportamiento social del hombre, que lo condujo a comunicarse por medio del lenguaje, que posteriormente formó la cultura humana, le permitió diferenciarse de los demás seres vivos. Pero mientras ellos se adaptan al medio ambiente para sobrevivir, el hombre adapta y modifica ese mismo medio según sus necesidades.
El progreso tecnológico, por una parte y el acelerado crecimiento demográfico, por la otra, producen la alteración del medio, llegando en algunos casos a atentar contra el equilibrio biológico de la Tierra. No es que exista una incompatibilidad absoluta entre el desarrollo tecnológico, el avance de la civilización y el mantenimiento del equilibrio ecológico, pero es importante que el hombre sepa armonizarlos.
Para ello es necesario que proteja los recursos renovables y no renovables y que tome conciencia de que el saneamiento del ambiente es fundamental parala vida sobre el planeta.
Biorremediación de aguas contaminadas por metales pesados
Muchos metales desempeñan un papel específico como microelementos para el desarrollo de determinadas funciones vitales en los seres vivos. Estos metales, participan como componentes de algunas enzimas, proteínas estructurales y pigmentos, así como en el mantenimiento del balance iónico y potencial de las células.
Sin embargo, altas concentraciones de metales pesados suponen un riesgo y una amenaza para la vida. La contaminación del agua, del suelo y del aire por metales pesados es un problema ambiental muy importante debido fundamentalmente a su toxicidad, persistencia, bioacumulación, y efectos sinérgicos en la biota. El vertido incontrolado de residuos, industrias de transformación de metales o la industria minera, son algunas de las actividades desarrolladas por el hombre y que pueden causar la contaminación del suelo y de las aguas.
Los drenajes ácidos de minas son un problema ambiental de primer orden. Es necesario investigar para conseguir una adecuada gestión de los mismos reduciendo o en su caso minimizando su impacto ambiental. Se trata de aguas que, en su mayor parte, presentan altas concentraciones de diferentes metales pesados (Fe, Cd, As, Zn, Cu, S,…) resultado de los procesos de extracción y tratamiento del mineral.
Además de la importancia para el tratamiento de drenajes ácidos de la minería, las aguas residuales urbanas también contienen metales pesados. La información acerca de la eliminación de estos metales mediante el uso de humedales artificiales es muy limitada y se reduce a los metales más comunes, como el cadmio, cobre, hierro níquel, plomo y zinc. (Vymazal, 2005).
El tratamiento de aguas contaminadas por metales pesados tiene como principal objetivo la reducción o eliminación de esos contaminantes hasta un nivel en el que no causen efectos adversos en el medio ni sobre la salud humana.
Junto a los sistemas tradicionales de tratamiento en la actualidad se investiga y trabaja en la aplicación de estrategias in situ con la finalidad de reducir costes y evitar la dispersión de contaminantes.
Los humedales artificiales son una de las alternativas a los sistemas convencionales y presentan un gran potencial para el tratamiento del agua. Se han empleado ampliamente para el tratamiento de aguas residuales urbanas. Así mismo, se han aplicado al tratamiento pasivo de contaminación difusa incluyendo los drenajes ácidos de minas. Su capacidad para eliminar metales de drenajes ácidos de minas está documentada (Stoltz y Greger, 2002).
Se estima que a finales del siglo XX unos 100 humedales artificiales habían sido construidos para el tratamiento de drenajes ácidos de la minería.
Sin embargo, la eficacia de estos humedales para el tratamiento de aguas con metales pesados, y concretamente para los drenajes ácidos de minas, ha sido variable y a menudo impredecible. Algunos investigadores incluso consideran los humedales artificiales como una tecnología no sostenible para el tratamiento de esta agua debido a la naturaleza no biodegradable de los contaminantes (Kosolapov, et al, 2004).
La movilización e inmovilización de los metales en los humedales depende de diferentes procesos que de forma independiente o interactuando entre ellos hacen que el proceso de eliminación de metales en los humedales sea muy complejo y no bien conocido.
Por tanto, la eliminación de metales pesados en humedales es el resultado de diferentes procesos biogeoquímicos, que incluyen procesos aeróbicos y anaeróbicos en la columna de agua, en la superficie de plantas vivas y en descomposición y en el sustrato (Sobolewski, 1999). Entre ellos está la sedimentación, floculación, absorción, precipitación, co-precipitación, intercambio iónico, complejación, oxidación y reducción, la actividad microbiana, y la de las plantas. El que ocurran y con que intensidad unos u otros fenómenos depende del tipo de humedal construido, de los valores de pH, del estado Red-Ox, de la composición del influente, de las especies vegetales presentes y de la actividad microbiana. Hay autores para los cuales en el caso de metales pesados la eliminación o reducción de su toxicidad se debe principalmente a procesos microbiológicos (Groudeva; 2000).
Los microorganismos procariotas han coexistido con los metales pesados desde los comienzos de la vida. Para ello han desarrollado diferentes adaptaciones para poder vivir en gran variedad de ambientes con altas concentraciones de metales. En relación con la contaminación de las aguas, contribuyen a la formación de compuestos insolubles y/o químicamente inertes impidiendo así que estos contaminantes pasen a contaminar otros medios. Los mecanismos implicados en estos procesos son principalmente reacciones red-Ox, precipitación, o la bioacumulación y bioabsorción de metales por parte de las bacterias.
A pesar de las distintas experiencias e investigaciones realizadas en los últimos años muchos aspectos fundamentales sobre el funcionamiento de los humedales artificiales no se conocen todavía. En particular, los mecanismos de eliminación de los metales y las interacciones entre ellos son hoy en día un gran desconocido.
LA BIORREMEDIACIÓN DE ECOSISTEMAS
Biorremediación
La biorremediación se define como el empleo de organismos vivos, tales como microorganismos y plantas, con la finalidad de reducir o eliminar, degradar y transformar contaminantes tanto en ecosistemas terrestres como acuáticos.
La biodepuración de agua y suelos contaminados ocurre de forma natural en los ecosistemas.
Básicamente, los procesos de biorremediación pueden clasificarse en tres tipos:
Remediación microbiana
Se refiere al uso de microorganismos directamente en el foco de la contaminación. Estos microorganismos pueden ya existir en ese sitio o pueden provenir de otros ecosistemas, en cuyo caso deben ser inoculados en el sitio contaminado (proceso de inoculación). Cuando no es necesaria la inoculación de microorganismos, suelen administrarse más nutrientes con el fin de acelerar el proceso.
Hay bacterias y hongos que pueden degradar con relativa facilidad petróleo y sus derivados, benceno, tolueno, acetona, pesticidas, herbicidas, éteres, alcoholes simples, entre otros. También pueden degradar, aunque parcialmente, otros compuestos químicos como el PCB, arsénico, selenio, cromo. Los metales pesados como uranio, cadmio y mercurio no son biodegradables, pero las bacterias pueden concentrarlos de tal manera de aislarlos para que sean eliminados más fácilmente. Estas características también pueden lograrse por ingeniería genética.
Degradación enzimática
Consiste en el empleo de enzimas en el lugar contaminado con el fin de degradar las sustancias nocivas. Dichas enzimas son previamente producidas en bacterias transformadas genéticamente. Esta aplicación de la biotecnología lleva décadas en el mercado y hoy las compañías biotecnológicas ofrecen las enzimas y los microorganismos genéticamente modificados para tal fin.
Fitorremediación
La fitorremediación es el uso de plantas para limpiar ambientes contaminados debido a la capacidad que tienen algunas especies vegetales de absorber, acumular y/o tolerar altas concentraciones de contaminantes como metales pesados, compuestos orgánicos y radioactivos.
Los sistemas blandos de depuración de agua son sistemas con un consumo energético relativamente bajo, sobre todo si se compara con los sistemas convencionales de depuración. Algunos de estos sistemas, como los pozos negros, zanjas filtrantes y los lechos filtrantes, están actualmente en desuso. Otros, como las fosas sépticas, tanques Imhoff, filtros percoladores , biodiscos y biocilindros, lechos de turba y filtros de arena, se utilizan fundamentalmente para núcleos rurales o como complemento de los convencionales sistemas de depuración.
Dentro de estos sistemas blandos de depuración se enmarcan los llamados “fitosistemas”. Entre estos sistemas están los lagunajes (algas y bacterias suspendidas en el agua), los filtros verdes con diferentes especies herbáceas o leñosas, y los humedales artificiales. Este trabajo de investigación se centra en el empleo de la biorremediación como una técnica de la biotecnología ambiental para la reducción o eliminación de contaminantes.
La biorremediación se define como el empleo de organismos vivos, tales como microorganismos y plantas, con la finalidad de reducir o eliminar, degradar y transformar contaminantes tanto en ecosistemas terrestres como acuáticos.
La biodepuración de agua y suelos contaminados ocurre de forma natural en los ecosistemas.
Básicamente, los procesos de biorremediación pueden clasificarse en tres tipos:
Remediación microbiana
Se refiere al uso de microorganismos directamente en el foco de la contaminación. Estos microorganismos pueden ya existir en ese sitio o pueden provenir de otros ecosistemas, en cuyo caso deben ser inoculados en el sitio contaminado (proceso de inoculación). Cuando no es necesaria la inoculación de microorganismos, suelen administrarse más nutrientes con el fin de acelerar el proceso.
Hay bacterias y hongos que pueden degradar con relativa facilidad petróleo y sus derivados, benceno, tolueno, acetona, pesticidas, herbicidas, éteres, alcoholes simples, entre otros. También pueden degradar, aunque parcialmente, otros compuestos químicos como el PCB, arsénico, selenio, cromo. Los metales pesados como uranio, cadmio y mercurio no son biodegradables, pero las bacterias pueden concentrarlos de tal manera de aislarlos para que sean eliminados más fácilmente. Estas características también pueden lograrse por ingeniería genética.
Degradación enzimática
Consiste en el empleo de enzimas en el lugar contaminado con el fin de degradar las sustancias nocivas. Dichas enzimas son previamente producidas en bacterias transformadas genéticamente. Esta aplicación de la biotecnología lleva décadas en el mercado y hoy las compañías biotecnológicas ofrecen las enzimas y los microorganismos genéticamente modificados para tal fin.
Fitorremediación
La fitorremediación es el uso de plantas para limpiar ambientes contaminados debido a la capacidad que tienen algunas especies vegetales de absorber, acumular y/o tolerar altas concentraciones de contaminantes como metales pesados, compuestos orgánicos y radioactivos.
Los sistemas blandos de depuración de agua son sistemas con un consumo energético relativamente bajo, sobre todo si se compara con los sistemas convencionales de depuración. Algunos de estos sistemas, como los pozos negros, zanjas filtrantes y los lechos filtrantes, están actualmente en desuso. Otros, como las fosas sépticas, tanques Imhoff, filtros percoladores , biodiscos y biocilindros, lechos de turba y filtros de arena, se utilizan fundamentalmente para núcleos rurales o como complemento de los convencionales sistemas de depuración.
Dentro de estos sistemas blandos de depuración se enmarcan los llamados “fitosistemas”. Entre estos sistemas están los lagunajes (algas y bacterias suspendidas en el agua), los filtros verdes con diferentes especies herbáceas o leñosas, y los humedales artificiales. Este trabajo de investigación se centra en el empleo de la biorremediación como una técnica de la biotecnología ambiental para la reducción o eliminación de contaminantes.
Humedales
El Convenio de Ramsar, o Convención relativa a los Humedales de Importancia Internacional especialmente como Hábitats de Aves Acuáticas, se firmó en la ciudad de Ramsar, Irán, el 2 de febrero de 1971 y entró en vigor en el año 1975.
Este acuerdo internacional es el único de los modernos convenios en materia de medio ambiente que se centra en un ecosistema específico, los humedales, y aunque en origen su principal objetivo estaba orientado a la conservación y uso racional en relación a las aves acuáticas, actualmente reconoce la importancia de estos ecosistemas como fundamentales en la conservación global y el uso sostenible de la biodiversidad, con importantes funciones (filtro biogeoquímico, regulación de la fase continental del ciclo hidrológico, recarga de acuíferos, estabilización del clima local), valores (recursos biológicos, pesquerías, suministro de agua) y atributos (refugio de diversidad biológica, patrimonio cultural, usos tradicionales).
En su artículo 1.1 se definen como:
“Extensiones de marismas, pantanos y turberas, o superficies cubiertas de agua, sean éstas de régimen natural o artificial, permanentes o temporales, estancadas o corrientes, dulces, salobres o saladas, incluidas las extensiones de agua marina cuya profundidad en marea baja no exceda de seis metros".
Desde el punto de vista ecológico, los humedales son lugares de gran valor. Se encuentran entre los ecosistemas más productivos del mundo. Proporcionan el soporte de agua y productividad primaria de la cual dependen para su supervivencia un número incontable de especies de plantas y animales.
Su importancia radica tanto en sus grandes valores biológicos, una vegetación y una fauna especializa, como en las fundamentales funciones que desempeñan en el ciclo del agua y de la materia orgánica, soporte de redes tróficas, reciclado de nutrientes y filtro biogeoquímico.
Están constituidos por lo general, por:
lámina de agua poco profunda o de una capa freática en superficie sobre suelos hidromorfos,
vegetación especializada (hidrófita e hidrófila),
sustrato
microorganismos, hongos, algas.
El Convenio de Ramsar, o Convención relativa a los Humedales de Importancia Internacional especialmente como Hábitats de Aves Acuáticas, se firmó en la ciudad de Ramsar, Irán, el 2 de febrero de 1971 y entró en vigor en el año 1975.
Este acuerdo internacional es el único de los modernos convenios en materia de medio ambiente que se centra en un ecosistema específico, los humedales, y aunque en origen su principal objetivo estaba orientado a la conservación y uso racional en relación a las aves acuáticas, actualmente reconoce la importancia de estos ecosistemas como fundamentales en la conservación global y el uso sostenible de la biodiversidad, con importantes funciones (filtro biogeoquímico, regulación de la fase continental del ciclo hidrológico, recarga de acuíferos, estabilización del clima local), valores (recursos biológicos, pesquerías, suministro de agua) y atributos (refugio de diversidad biológica, patrimonio cultural, usos tradicionales).
En su artículo 1.1 se definen como:
“Extensiones de marismas, pantanos y turberas, o superficies cubiertas de agua, sean éstas de régimen natural o artificial, permanentes o temporales, estancadas o corrientes, dulces, salobres o saladas, incluidas las extensiones de agua marina cuya profundidad en marea baja no exceda de seis metros".
Desde el punto de vista ecológico, los humedales son lugares de gran valor. Se encuentran entre los ecosistemas más productivos del mundo. Proporcionan el soporte de agua y productividad primaria de la cual dependen para su supervivencia un número incontable de especies de plantas y animales.
Su importancia radica tanto en sus grandes valores biológicos, una vegetación y una fauna especializa, como en las fundamentales funciones que desempeñan en el ciclo del agua y de la materia orgánica, soporte de redes tróficas, reciclado de nutrientes y filtro biogeoquímico.
Están constituidos por lo general, por:
lámina de agua poco profunda o de una capa freática en superficie sobre suelos hidromorfos,
vegetación especializada (hidrófita e hidrófila),
sustrato
microorganismos, hongos, algas.
HUMEDALES
ARTIFICIALES
Humedales
Artificiales
Los humedales artificiales han sido construidos por el hombre para el tratamiento de aguas contaminadas. En estos humedales, al igual que en los naturales, se combina un entramado complejo de procesos físicos, químicos y biológicos que hacen de ellos delicados ecosistemas. El grado de control que el hombre puede realizar sobre estos procesos es la principal diferencia entre los humedales naturales y artificiales.
Si bien el empleo de humedales naturales para el tratamiento de aguas contaminadas está totalmente desaconsejado, la utilización de humedales artificiales se ha demostrado como muy eficaz para aguas residuales en pequeños núcleos rurales.
Las plantas de estos humedales juegan un importante papel en esta actividad de depuración (Quian, et al, 1999). Pueden clasificarse de acuerdo con su forma de vida en tres grandes grupos:
§ Macrófitos emergentes: aquellas plantas que tienen parte de su estructura vegetal dentro del agua, y otra parte aérea. Comprende especies como Phragmites australis, Glyceria sp., Typha sp., Iris sp.
§ Macrófitos flotantes: incluye aquellas especies cuya raíz está en el sustrato y sus flotan en la superficie del agua (como Potamogeton natans, Nuphar sp., Nymphaea sp.), y otras no enraizadas en el sustrato y cuyas hojas son también flotantes (por ejemplo Lemna sp., Eichornia crassipes).
§ Macrófitos sumergidos: cuyos tejidos fotosintéticos se encuentran totalmente sumergidos en el agua, y generalmente sus flores son aéreas, por ejemplo Elodea, Myriophyllum, Isoetes, Lobelia). (Brix, 2003).
Los sistemas de depuración basados en macrófitos consisten generalmente en un monocultivo o policultivo de macrófitos, dispuestos en tanques, lagunas o zanjas poco profundas y con un tiempo de retención superior al de los sistemas convencionales. La elección del tipo de planta depende de su adaptabilidad al clima de la región, de su capacidad de transporte de oxígeno de la superficie a la rizosfera, de su tolerancia a altas concentraciones de contaminantes así como de su capacidad para asimilarlo, de su alta presencia en la zona donde se va a instalar el sistema, de la facilidad para recolectarlas y posterior transporte y su fácil autogeneración (Ansola, 2003).
El tipo de flujo de humedal es uno de los aspectos más importantes que hay que decidir para su diseño, dimensionado y construcción:
· Humedales de flujo superficial (aeróbicos), en los que existe una lámina de agua más o menos profunda, por encima del sustrato.
· Humedales de flujo subsuperficial (anaeróbicos) en los cuales el agua discurre empapando el sustrato.
Algunas ventajas de los humedales artificiales en relación con sistemas de depuración tecnológicos son:
· bajo coste
· fácil mantenimiento
· uno de los principales intereses del empleo de los humedales artificiales como sistema de tratamiento de aguas contaminadas es la posibilidad de integrarlos en el paisaje y conseguir una buena conexión con los ecosistemas presentes en la zona.
Su principal limitación es que requiere amplias superficies de terreno.
Los humedales artificiales han sido construidos por el hombre para el tratamiento de aguas contaminadas. En estos humedales, al igual que en los naturales, se combina un entramado complejo de procesos físicos, químicos y biológicos que hacen de ellos delicados ecosistemas. El grado de control que el hombre puede realizar sobre estos procesos es la principal diferencia entre los humedales naturales y artificiales.
Si bien el empleo de humedales naturales para el tratamiento de aguas contaminadas está totalmente desaconsejado, la utilización de humedales artificiales se ha demostrado como muy eficaz para aguas residuales en pequeños núcleos rurales.
Las plantas de estos humedales juegan un importante papel en esta actividad de depuración (Quian, et al, 1999). Pueden clasificarse de acuerdo con su forma de vida en tres grandes grupos:
§ Macrófitos emergentes: aquellas plantas que tienen parte de su estructura vegetal dentro del agua, y otra parte aérea. Comprende especies como Phragmites australis, Glyceria sp., Typha sp., Iris sp.
§ Macrófitos flotantes: incluye aquellas especies cuya raíz está en el sustrato y sus flotan en la superficie del agua (como Potamogeton natans, Nuphar sp., Nymphaea sp.), y otras no enraizadas en el sustrato y cuyas hojas son también flotantes (por ejemplo Lemna sp., Eichornia crassipes).
§ Macrófitos sumergidos: cuyos tejidos fotosintéticos se encuentran totalmente sumergidos en el agua, y generalmente sus flores son aéreas, por ejemplo Elodea, Myriophyllum, Isoetes, Lobelia). (Brix, 2003).
Los sistemas de depuración basados en macrófitos consisten generalmente en un monocultivo o policultivo de macrófitos, dispuestos en tanques, lagunas o zanjas poco profundas y con un tiempo de retención superior al de los sistemas convencionales. La elección del tipo de planta depende de su adaptabilidad al clima de la región, de su capacidad de transporte de oxígeno de la superficie a la rizosfera, de su tolerancia a altas concentraciones de contaminantes así como de su capacidad para asimilarlo, de su alta presencia en la zona donde se va a instalar el sistema, de la facilidad para recolectarlas y posterior transporte y su fácil autogeneración (Ansola, 2003).
El tipo de flujo de humedal es uno de los aspectos más importantes que hay que decidir para su diseño, dimensionado y construcción:
· Humedales de flujo superficial (aeróbicos), en los que existe una lámina de agua más o menos profunda, por encima del sustrato.
· Humedales de flujo subsuperficial (anaeróbicos) en los cuales el agua discurre empapando el sustrato.
Algunas ventajas de los humedales artificiales en relación con sistemas de depuración tecnológicos son:
· bajo coste
· fácil mantenimiento
· uno de los principales intereses del empleo de los humedales artificiales como sistema de tratamiento de aguas contaminadas es la posibilidad de integrarlos en el paisaje y conseguir una buena conexión con los ecosistemas presentes en la zona.
Su principal limitación es que requiere amplias superficies de terreno.
BIORREMEDIACIÓN DE AGUAS CONTAMINADAS POR
METALES PESADOS
Biorremediación de aguas contaminadas por metales pesados
Muchos metales desempeñan un papel específico como microelementos para el desarrollo de determinadas funciones vitales en los seres vivos. Estos metales, participan como componentes de algunas enzimas, proteínas estructurales y pigmentos, así como en el mantenimiento del balance iónico y potencial de las células.
Sin embargo, altas concentraciones de metales pesados suponen un riesgo y una amenaza para la vida. La contaminación del agua, del suelo y del aire por metales pesados es un problema ambiental muy importante debido fundamentalmente a su toxicidad, persistencia, bioacumulación, y efectos sinérgicos en la biota. El vertido incontrolado de residuos, industrias de transformación de metales o la industria minera, son algunas de las actividades desarrolladas por el hombre y que pueden causar la contaminación del suelo y de las aguas.
Los drenajes ácidos de minas son un problema ambiental de primer orden. Es necesario investigar para conseguir una adecuada gestión de los mismos reduciendo o en su caso minimizando su impacto ambiental. Se trata de aguas que, en su mayor parte, presentan altas concentraciones de diferentes metales pesados (Fe, Cd, As, Zn, Cu, S,…) resultado de los procesos de extracción y tratamiento del mineral.
Además de la importancia para el tratamiento de drenajes ácidos de la minería, las aguas residuales urbanas también contienen metales pesados. La información acerca de la eliminación de estos metales mediante el uso de humedales artificiales es muy limitada y se reduce a los metales más comunes, como el cadmio, cobre, hierro níquel, plomo y zinc. (Vymazal, 2005).
El tratamiento de aguas contaminadas por metales pesados tiene como principal objetivo la reducción o eliminación de esos contaminantes hasta un nivel en el que no causen efectos adversos en el medio ni sobre la salud humana.
Junto a los sistemas tradicionales de tratamiento en la actualidad se investiga y trabaja en la aplicación de estrategias in situ con la finalidad de reducir costes y evitar la dispersión de contaminantes.
Los humedales artificiales son una de las alternativas a los sistemas convencionales y presentan un gran potencial para el tratamiento del agua. Se han empleado ampliamente para el tratamiento de aguas residuales urbanas. Así mismo, se han aplicado al tratamiento pasivo de contaminación difusa incluyendo los drenajes ácidos de minas. Su capacidad para eliminar metales de drenajes ácidos de minas está documentada (Stoltz y Greger, 2002).
Se estima que a finales del siglo XX unos 100 humedales artificiales habían sido construidos para el tratamiento de drenajes ácidos de la minería.
Sin embargo, la eficacia de estos humedales para el tratamiento de aguas con metales pesados, y concretamente para los drenajes ácidos de minas, ha sido variable y a menudo impredecible. Algunos investigadores incluso consideran los humedales artificiales como una tecnología no sostenible para el tratamiento de esta agua debido a la naturaleza no biodegradable de los contaminantes (Kosolapov, et al, 2004).
La movilización e inmovilización de los metales en los humedales depende de diferentes procesos que de forma independiente o interactuando entre ellos hacen que el proceso de eliminación de metales en los humedales sea muy complejo y no bien conocido.
Por tanto, la eliminación de metales pesados en humedales es el resultado de diferentes procesos biogeoquímicos, que incluyen procesos aeróbicos y anaeróbicos en la columna de agua, en la superficie de plantas vivas y en descomposición y en el sustrato (Sobolewski, 1999). Entre ellos está la sedimentación, floculación, absorción, precipitación, co-precipitación, intercambio iónico, complejación, oxidación y reducción, la actividad microbiana, y la de las plantas. El que ocurran y con que intensidad unos u otros fenómenos depende del tipo de humedal construido, de los valores de pH, del estado Red-Ox, de la composición del influente, de las especies vegetales presentes y de la actividad microbiana. Hay autores para los cuales en el caso de metales pesados la eliminación o reducción de su toxicidad se debe principalmente a procesos microbiológicos (Groudeva; 2000).
Los microorganismos procariotas han coexistido con los metales pesados desde los comienzos de la vida. Para ello han desarrollado diferentes adaptaciones para poder vivir en gran variedad de ambientes con altas concentraciones de metales. En relación con la contaminación de las aguas, contribuyen a la formación de compuestos insolubles y/o químicamente inertes impidiendo así que estos contaminantes pasen a contaminar otros medios. Los mecanismos implicados en estos procesos son principalmente reacciones red-Ox, precipitación, o la bioacumulación y bioabsorción de metales por parte de las bacterias.
A pesar de las distintas experiencias e investigaciones realizadas en los últimos años muchos aspectos fundamentales sobre el funcionamiento de los humedales artificiales no se conocen todavía. En particular, los mecanismos de eliminación de los metales y las interacciones entre ellos son hoy en día un gran desconocido.
BIORREMEDIACION
DE SUELO Y AGUA CONTAMINADA
La contaminación
de suelos
por hidrocarburos es un problema importante en la mayor parte de los países
productores de petróleo. La matriz
suelo es espacialmente variable y está demostrado que las propiedades químicas,
que juegan un papel importante en la adsorción del contaminante, tales como pH,
textura y materia
orgánica, muestran una distribución
altamente variable.
La Biorremediación es una técnica innovadora que se
ha desarrollado en las décadas de los 80 y 90, la cual ha sido aplicada
exitosamente en el tratamiento de suelos contaminados con hidrocarburos. Se
caracteriza por ser una técnica de bajo costo
de operación. La aplicación de este tipo de tecnología
ha encontrado cierta resistencia
de aplicación por el tiempo
que demanda
completar un proceso hasta obtener las metas de limpieza deseadas.
La Biorremediación es considerada como la vía más
efectiva para la remediación de suelos contaminados, en contraste a
alternativas más costosas como la incineración. Los tratamientos biológicos de
degradación en suelos pueden ser eficientes y económicos si las condiciones de
biodegradación son optimizadas (Álvarez, 2001) (Belloso, 1998) (Cursi y
Calleja, 2000). Se define como Biorremediación al proceso de aceleración
de la tasa de degradación natural de hidrocarburos por adición de fertilizantes
para provisión de nitrógeno y fósforo (Ercolli, y Gálvez, 2001). El proceso de
degradación requiere control
de variables
operacionales tales como nutrientes, humedad y oxígeno.
Esta técnica puede ser aplicada in-situ, en el
lugar donde se encuentra el suelo contaminado, o ex-situ, cuando el suelo se
traslada a una instalación para su tratamiento. El tratamiento ex-situ de
suelos, sedimentos y otros sólidos contaminados con hidrocarburos se puede
realizar en un variado número de procesos
en fase sólida y en fase lodo. Los procesos en fase sólida son aquellos en
donde el suelo se trata con un contenido de agua
mínima. En los casos de los procesos en fase lodo se suspende el suelo en agua
(Saracino, 2001).
La actividad de los microorganismos presentes en el
suelo se puede favorecer mejorando determinadas condiciones edáficas, añadiendo
nutrientes, agua, oxígeno y modificando el pH. Otra forma es la introducción
de nuevas especies para aumentar la concentración de microbiota presente.
La medición
del CO2 producido por unidad de tiempo en un área determinada es una medida
indirecta del proceso biodegradativo ya que tiene como objetivo
evaluar la actividad respiratoria de los microorganismos del suelo durante el
proceso de degradación de los compuestos orgánicos (Infante, 2001).
Los componentes del petróleo son generalmente
agrupados en cuatro clases de acuerdo a su solubilidad en solventes orgánicos:
saturados, aromáticos, resinas y asfaltenos. No todos los componentes del crudo
son rápidamente degradables, las parafinas de cadenas cortas son los sustratos
fácilmente degradables por los microorganismos seguidos en orden descendiente
por las parafinas de cadena larga, isoparafinas, cicloparafinas, aromáticos,
heterocíclicos, resinas y asfaltenos. Los compuestos polares y los asfaltenos
son generalmente considerados resistentes a la biodegradación. El material
remanente se denomina "hidrocarburos totales de petróleo" (TPH, total
petroleum hydrocarbon) y es considerado biodegradable. La fracción polar y los
hidrocarburos totales de petróleo, juntamente, se nombran petróleo total, el
cual puede ser estimado gravimetricamente por evaporación de los solventes
usados para la extracción (Ercoli, 2001).
El objetivo de este trabajo
es ofrecer los resultados obtenidos en la aplicación del proceso de
Biorremediación a un área de suelo afectado en la zona aledaña a un pozo de
petróleo en la zona central de la República de Cuba, utilizando la técnica
de bioestimulación de los microorganismos autóctonos del lugar.
Se aplicó la técnica de Biorremediación a un área
impactada con 58 barriles de petróleo crudo de 14º API de viscosidad aledaña a
un pozo de petrolero situado en la costa norte occidental de la República de
Cuba. Debido a la poca homogeneidad de la contaminación, se establecieron dos
zonas para el seguimiento del tratamiento: Zona A (área más contaminada) y Zona
B (área menos contaminada). El seguimiento de los tratamientos se realizó
mediante análisis químicos y microbiológicos utilizando técnicas
valorimétricas, gravimétricas y espetrofotométricas, mensualmente durante 369
días. El área fue humectada y aireada periódicamente mediante un tractor con
arado de disco.
Debido a las características del petróleo crudo a
degradar, él cual al derramarse en el suelo forma trozos muy grandes de difícil
disgregación, no fue fácil lograr una distribución homogénea sobre el área de
trabajo, razón por la cual se dividió la parcela en 2 partes:
Zona A: área más contaminada
Zona B: área menos contaminada
Es destacar que no se adicionó suelo limpio ni
material acondicionante para disminuir la concentración inicial de
hidrocarburos, solamente se removió el área impactada con el arado y después se
homogenizó con el equipo pesado denominado raspador.
- Acondicionamiento nutritivo - ambiental inicial.
Independientemente de los contenidos iniciales de
nutrientes existentes en el suelo, se adicionaron como fuentes
de nitrógeno y fósforo, urea y diamino fosfato respectivamente, con el objetivo
de estimular el crecimiento de los microorganismos de forma tal de obtener las
siguientes relaciones:
C/N = 60
C/P = 800
donde: C = HC * 0.78
C: contenido de carbono
orgánico, expresado en g
HC: contenido de hidrocarburos, expresado en %
Sobre la base de la relación HC-Nitrógeno-Fósforo
prefijada, se incorporaron los siguientes nutrientes:
. Fuente de Fósforo............... 0.047 kg / m 2
. Fuente de Nitrógeno........... 0.22 kg / m2
- Seguimiento del tratamiento aplicado.
La toma de muestra
de suelo para los análisis del seguimiento del proceso de Biorremediación se
utilizó un muestreo
tipo estrella recomendado por el especialista japonés Dr. Itaru Okuda. Las
muestras fueron colectadas y envasadas en bolsas de nylon, se preservaron en
congelación hasta su posterior procesamiento y análisis. Además, para la
determinación de grasas
y aceites las muestras fueron homogeneizadas, secadas, y tamizadas a través de
un tamiz de 2 mm, de donde se tomó una muestra representativa para ser
analizada.
Para determinar la efectividad del tratamiento
aplicado se realizaron los siguientes análisis:
Grasas y aceites e hidrocarburos totales, HC
Saturados Resueltos, Saturados, Aromáticos, Resinas y Asfaltenos, Contenidos de
nitrógeno total y fósforo total, Conteo de microorganismos, Producción
de CO2 (Respirometría), Metales
totales
La tasa de biodegradación se calculo según la
siguiente expresión:
Concentración Inicial – Concentración Final
Tasa (%) =
-------------------------------------------------------- * 100
Concentración Inicial
En la tabla 1 se muestran los resultados obtenidos
de los parámetros fundamentales medidos para el seguimiento de la efectividad
del tratamiento de Biorremediación. Después de los 4 primeros meses del
tratamiento aplicado y debido a la disponibilidad de equipos pesados, se
realizó la homogenización del terreno impactado, obteniéndose una mejor
distribución de la contaminación en el área, observándose un incremento en los
niveles de Grasas y Aceites e Hidrocarburos Totales del petróleo en las dos
zonas y por consiguiente una disminución en la tasa de biodegradación. (Ver
Tabla 1)
Por otra parte, se observa que en la zona A,
durante los primeros 38 días, ocurre una disminución significativa en la
concentración de hidrocarburos totales, representada por una tasa de
degradación del 29,06 %, resultado ligeramente superior al 25 % recomendado por
otros autores (Infante, 2001) (Ercoli, 2001). En general, a los 369 días se
obtuvo una reducción en el contenido de hidrocarburos totales del 78.08 %,
favorable para este tipo de tratamiento.
En la zona B se observa que a los 38 días de
iniciado el tratamiento existe un aumento en la concentración de hidrocarburos
totales del petróleo (HCTP), que esta dado, por contaminación cruzada de la
zona B originada por las operaciones
de laboreo del terreno con el arado de discos, ya en los 63 días siguientes y
tomando como concentración de inicio la de los 38 días, se obtuvo una tasa de
biodegradación de 39.70 %, superior a lo recomendado por muchos autores para
continuar el proceso de Biorremediación, al término del proceso existe una tasa
de biodegradación en esta zona de 40.13 %. Es de señalar que ambas zonas se
obtuvieron niveles de hidrocarburos inferiores a los 10 000 mg/kg recomendados
para este proceso en las normas internacionales consultadas (Louisiana, 2000).
Es de destacar que como en esta zona se parten de valores cercanos a los 10 000
mg/kg de HCTP,para t = 0 días, la variación en las concentraciones de éstos
resulta menos acentuada que en la zona A, esto se debe a que a estos niveles la
velocidad
del proceso de Biorremediación resulta mas lenta y en ocasiones poco
perceptibles debido al método
analítico empleado (gravimetría), que es muy efectivo para analizar altas
concentraciones de HCTP. Si se comparan los valores obtenidos de Hidrocarburos Totales
del Petróleo con la norma de referencia para este proceso en Lousiana, se
observa que los niveles son inferiores en ambas zonas a los 10 000mg/kg (1 %), valor recomendado para suelos contaminados
por hidrocarburos, nótese que estos valores en la zona A se obtuvieron a los
265 días, ocurriendo posteriormente un periodo de meseta o de saturación, donde
el decrecimiento en los días subsiguientes no ocurre, si no que ligeramente
aumenta o se mantiene en los niveles alcanzados en esa fecha.
Se debe señalar, que en ambas zonas se apreció
visualmente una mejoría desde el punto cualitativo de las condiciones del
suelo, recuperándose casi totalmente sus condiciones iniciales antes de la contaminación. Es bueno señalar que la
variación en los niveles encontrados, en algunos parámetros, se debe a la
heterogeneidad de la matriz suelo y a la poca homogeneidad del área impactada.
Tabla 1. Resultados del seguimiento del tratamiento
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(1)Criterios para los constituyentes restrictivos de
tierras en Louisiana, Registro
de Louisiana, EUA, 2000 (referencia 11)
La figura 1 muestra la variación de los niveles de
concentración de hidrocarburos totales reportados en tabla 1, para las zonas
estudiadas. En el gráfico se puede observar una disminución marcada de los
hidrocarburos totales en el tiempo, lo que corrobora la efectividad del
tratamiento aplicado.
Si observamos los valores de Hidrocarburos Totales
del petróleo obtenidos en ambas zonas, se puede afirmar que desde t = 265 días
existe un periodo estacionario o de meseta anteriormente señalado, donde la
disminución de la concentración es casi inapreciable, es lo que se conoce como
periodo de saturación, alcanzado este periodo se puede dar por concluido el
proceso de Biorremediación. Si se requiere disminuir aún mas este parámetro es
necesario analizar si es factible desde el punto de vista económico y del uso
futuro que se le quiera a dar al suelo.
Figura 1 Variación de la Concentración de H/C
totales del Petróleo en el tiempo
Las Figuras 2 y 3 muestran las variaciones de los
contenidos de nitrógeno y fósforo en ambas zonas, apreciándose una disminución
en el tiempo de los niveles de concentración de nitrógeno y fósforo, debido a
su utilización por los microorganismos como compuestos esenciales para su
crecimiento y desarrollo
del proceso biodegradativo (Ver Tabla 1). A los 100 días de tratamiento
(después de haber tomado la muestra para ese tiempo), el terreno fue
fertilizado mediante la adición de las cantidades necesarias de DAP (fósforo) y
nitrato de amonio como fuente de nitrógeno, con el fin de mantener la relación
C: N: P prefijada, observándose valores máximos para ambas curvas a los 166
días.
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Figura 2.Variación de la Concentración de Nitrógeno
Total
Figura 3 .Variación de la Concentración de Fósforo
Total
Además, en las figuras antes citadas, se observa un
decrecimiento más marcado de las concentraciones de Nitrógeno y Fósforo a partir
de t = 166 días, debido a que el laboreo del terreno después de esa fecha se
realizó semanalmente, ayudando así a una mejor utilización de los nutrientes
por los microorganismos para su crecimiento y desarrollo.
La tabla 2 muestra los niveles de concentración de
los componentes del petróleo total extraído del suelo de la Zona A y Zona B a
tiempo = 0 (saturados, aromáticos, resinas y asfaltenos). Como se puede
observar la mayor concentración de hidrocarburos totales del petróleo
(reportadas en la Tabla 1), en ambas zonas corresponde a la fracción de
saturados y en menor cuantía se encuentran los hidrocarburos aromáticos, siendo
ambos considerados biodegradables. Los niveles de concentración de resinas y asfáltenos
constituyen una parte importante del petróleo total extraído (40 - 56 %) y los
mismos son considerados resistentes a la biodegradación., se debe destacar que
una vez finalizado el tiempo del tratamiento aplicado existe biodegradación de
esas fracciones, alcanzándose en la zona A un 41.10% y 23.4 % (respectivamente
de las fracciones de resinas y asfáltenos) , lo que corrobora lo señalado por
otros autores (Ercoli, 2002, Infante, 2001), que todas las fracciones del
petróleo son biodegradables. En ambas zonas se observan incrementos de las
diferentes fracciones, pudiendo deberse a la heterogeneidad de la contaminación
en el suelo. Con relación al contenido de hidrocarburos aromáticos se aprecia
una disminución en ambas zonas al final del periodo analizado de un 32.32 %
para la zona A y de un 25.21 % para la zona B. Por otra parte, en dicha tabla
se observa una disminución significativa de la concentración de los
hidrocarburos saturados en el tiempo, debido a que esta fracción la conforman
los sustratos más susceptibles de degradar por los microorganismos. Los niveles
de concentración relativamente bajos de Hidrocarburos Saturados Resueltos
muestran el carácter
poco parafínico del petróleo contaminante del suelo tratado.
De forma gráfica, en la figura 4, se aprecia la
variación de los niveles de hidrocarburos saturados en ambas zonas, nótese la
disminución de las concentraciones de estos compuestos antes señaladas.
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Figura 4. Variación de la Concentración de
Hidrocarburos Saturados.
La Tabla 2 muestra los contenidos de Metales
Pesados obtenidos al término del tratamiento aplicado, los cuales se encuentran
por encima de lo estipulado todos los casos, exceptuando el Zn, a la normativa
internacional consultada y en la referencia de CUPET. Los altos contenidos de
Fe resultan significativos debido a las características ferralíticas del suelo.
Tabla 2. Contenido de Metales Pesados, expresados
en mg/kg base seca
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(1) Regulaciones Ambientales 01/95 y 07/96, CUPET
(referencias 1y 6)
(2) Se regula Cromo VI.
(23Criterios para los constituyentes restrictivos de
tierras en Louisiana, Registro de Louisiana, EUA, 2000 (referencia 7)
Si este suelo en un futuro se decidiera utilizar
con fines agrícolas, que no es el caso debido a su ubicación, (cercano a una
zona cenagosa), donde la concentración de metales pesados fuera un parámetro
importante a valorar, sería necesario utilizar la Fitorremediación, donde con la utilización
de plantas adecuadas para este proceso, se logra la disminución del contenido
de metales pesados, terminado el proceso, estas plantas son cortadas y tratadas
adecuadamente.
Comportamiento de las Poblaciones Microbianas.
En la tabla 3 se reportan las concentraciones de
microorganismos encontrados en el tratamiento a diferentes tiempos, pudiéndose
apreciar la variación de éstas durante todo el periodo analizado. A partir de
los 265 días, comienza el decrecimiento de la concentración de microorganismos
heterótrofos totales, coincidiendo con el periodo de saturación alcanzado en
los niveles de hidrocarburos. Es de destacar que la concentración de
microorganismos viables se mantuvo durante todo el proceso en el orden entre
106 y 108, valores favorables para que se efectúe el proceso biodegradativo.
Tabla 3. Conteo de microorganismos heterótrofos
totales, expresados en UFC/g x 108
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En la figura 5 se puede observar de forma gráfica
el comportamiento de la concentración de
microorganismos en ambas zonas durante el proceso de Biorremediación aplicado
al suelo impactado en áreas del Pozo Guásimas 18, nótese las variaciones que se
observan en las mismas debido al tiempo del proceso analizado en que de forma
cíclica, crecimientos y decrecimientos, se repiten las fases de desarrollo de
los microorganismos: adaptación, crecimiento acelerado, régimen estacionario y muerte súbita.
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Figura 5. Comportamiento de la concentración de
microorganismos
Lo niveles de microorganismos degradadores de
hidrocarburos encontrados fueron:
Zona A: 7.2 x 105 a t = 229 días
Zona B: 4.8 x 106 a t = 229 días
En ambos casos estas concentraciones resultaron
superiores al rango de 103 y 104 recomendado en la literatura (Ercoli, 2000) para que se
efectué el proceso de Biorremediación satisfactoriamente.
De las concentraciones de microorganismos
degradadores de hidrocarburos anteriormente señaladas, se aislaron un total de
7 cepas diferentes en medio agar - petróleo, 5 de bacterias y 2 de hongos. Las cepas de bacterias se
identificaron por el API 20 NE y resultaron ser: Pseudomona putida,
Pseudomona stutzen, Pasteurella spp, Sphingo spiitevorum y Brevum vesicularis..
Estas bacterias son bacilos, aerobias, Gram negativas.
Las Pseudomonas sp es reportada por otros
investigadores (Lawlor y colaboradores, 1997) como el grupo de bacterias heterótrofas aeróbicas
degradadoras de hidrocarburos mas comúnmente encontradas en el pool de
microorganismos en suelos contaminados por petróleo.
En la tabla 4 se muestran los valores de la producción
de CO2 para el caso de estudio. Los valores obtenidos para la producción de
CO2, se corresponden con las concentraciones de microorganismos encontradas
para cada zona siendo los valores mayores para la zona A de acuerdo con los
microorganismos presentes.
Tabla 4. Producción de CO2, expresada en mg de CO2/
cm2. h
|
0
|
41
|
76
|
122
|
166
|
201
|
229
|
265
|
293
|
329
|
|
|
Zona A
|
86
|
91
|
112
|
106
|
109
|
106
|
109
|
89
|
80
|
79
|
|
Zona B
|
86
|
95
|
85
|
111
|
100
|
111
|
100
|
86
|
83
|
82
|
De forma gráfica (Figura 6) se puede observar que
en ambas zonas se observan patrones típicos de procesos biodegrativos, valores
de producción de CO2 entre 80 y 140 mg de CO2/ cm2. h, según experiencias de
los autores en otros trabajos realizados a escala
de campo (Álvarez, Ramos, Núñez y otros, 2003), indicando que se está llevando
a cabo la biodegradación del crudo.
Para ver el gráfico seleccione la opción
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Figura 6. Variación de la Producción de CO2
Se sembraron plantas en el área tratada (Piñon de
jardín), lo cual, no resultó efectivo debido a las condiciones existentes en el
suelo, siendo el crecimiento de las plantas autóctonas de la zona indicativo de
la recuperación del suelo,
Se realizaron ensayos
de toxicidad al suelo tratado por dos métodos diferentes, bioensayo con
lombrices de tierra
y por el equipo MICROTOX, no encontrándose toxicidad por ninguno de los métodos
empleados.
El análisis económico del proceso de
Biorremediación arrojó valores dentro del rango internacional estipulado para
este tratamiento (51.10 USD/ m3),
- El tratamiento de Biorremediación aplicando la técnica de bioestimulación al área impactada del pozo resultó efectivo, observándose una disminución en la concentración de hidrocarburos totales del petróleo hasta obtener valores inferiores al 1% recomendado por las normas internacionales
- Mediante la adición de nutrientes esenciales para el desarrollo de los microorganismos existentes, aireación y humectación periódica del área tratada., se logró recuperar el suelo impactado en un periodo de un año.
- Se han identificado las especies de microorganismos degradadores de hidrocarburos en el suelo tratado.
- De acuerdo a los ensayos toxicológicos, los suelos remediados no presentan toxicidad para el desarrollo de la biota del suelo y confirman que la contaminación.
- La reforestación artificial con la especie de planta seleccionada no resultó efectiva, creciendo en el suelo recuperado la vegetación autóctona del lugar.
- La evaluación económica del tratamiento aplicado dió valores dentro del rango internacional para la tecnología de Biorremediación, resultando muy atractiva desde este punto de vista para ser generalizada en el tratamiento de suelos contaminados por hidrocarburos en países en vías de desarrollo.
- Se ha desarrollado un esquema tecnológico para aplicar el proceso de Biorremediación en nuestras condiciones naturales, aunque debe señalarse que no existe un tratamiento de Biorremediación único para los suelos contaminados ya que todos difieren entre sí y como tal se deben tratar.
BIORREMEDIACION DE AGUA
CONTAMINADA
Se tomaron
muestras de agua de la ribera del Lago de Maracaibo, sector Capitán Chico, Edo.
Zulia y se
lograron aislar
16 cepas bacterianas, las cuales fueron probadas en su capacidad para degradar
hidrocarburos,
mediante un
ensayo de factibilidad utilizando gasoil como única fuente de carbono. Se
seleccionaron 07 de
las cepas que
lograron degradar entre 50 a 70% de los hidrocarburos presentes en el gasoil y
se realizaron
pruebas de
identificación con el propósito de conocer algunas de sus características
bioquímicas.
Posteriormente,
se preparó un cultivo mixto con las cepas previamente seleccionadas y se evaluó
su
capacidad para
degradar hidrocarburos a través de un estudio de biotratabilidad en tanques
plásticos de 25 L
conteniendo: 2 L
del cultivo mixto (10 % inóculo), un aceite lubricante en una concentración de
7000 mg/L y
agua potable
hasta un obtener un volumen de 20 L. En 04 de los tanques se instalaron
sistemas de aireación
inducidos desde
el fondo y adicionalmente, se evaluó la incidencia del nitrógeno y fósforo
(fertilización). Se
determinaron
mensualmente los contajes bacterianos, los hidrocarburos totales y el contenido
de nitrógeno y
fósforo total y
las concentraciones de las fracciones de los hidrocarburos (SARA) se
determinaron al inicio y
al final del
ensayo. Los resultados indicaron que en los tanques inoculados, fertilizados y
aireados se lograron
las mayores
remociones, hasta un 89 % de los hidrocarburos totales y la transformación de
todas las
fracciones
presentes en el aceite, demostrando la eficiencia del cultivo bacteriano en la
biorremediación de
agua contaminada
con hidrocarburos.
Palabras Claves: cepas bacterianas,
hidrocarburos, biorremediación.
METODOLOGÍA
El estudio del
proceso de biorremediación en esta investigación se realizó en dos fases. La
primera fase
permitió aislar
y seleccionar las cepas autóctonas de agua contaminada con hidrocarburos más
eficientes en la
utilización del
gasoil como única fuente de carbono. En la segunda fase se preparó un cultivo
mixto con las
cepas
previamente seleccionadas y se probó su eficiencia en la degradación de aceites
lubricantes a escala
piloto, con la adición de nutrientes y
aireación.
ESTUDIO DE
TRATABILIDAD
Se realizó un
estudio a escala piloto el cual consistió en diferentes tratamientos que
permitieron evaluar la
eficiencia del
cultivo mixto conformado por las cepas previamente aisladas y seleccionadas por
su eficiencia
en la
degradación de gasoil bajo distintos parámetros. Dentro de los tratamientos, se
evaluó el proceso de
biodegradación
con la adición de nutrientes y la inyección de aire, con el propósito de
comparar la eficiencia
en la
biodegradación del sustrato hidrocarbonado.
Se seleccionaron
las siete cepas más eficientes en la degradación de gasoil para conformar el
cultivo mixto.
Cada cepa
seleccionada fue activada y posteriormente, transferida a caldo
cerebro-corazón, se incubaron a
37 ºC hasta
obtener una concentración superior a 1x108 UFC/ml. Para preparar el cultivo
mixto se agregaron
al tanque con la
mezcla estudio (agua contaminada con aceite) fracciones equivalentes de cada
cepa, hasta
alcanzar una
concentración de cultivo de 10%. La selección del hidrocarburo que se utilizó
en el ensayo se
realizó
consultando a las empresas marítimas de la zona objeto de estudio, acerca del
producto que se vertía
con mayor
frecuencia y cantidad en la zona seleccionada. La mayoría coincidió que se
trataba del aceite de
motor empleado
como lubricante en las embarcaciones. Así quedó seleccionado el sustrato
utilizado como
única fuente de
carbono. La mezcla estudio se preparó agregando al agua la cantidad de aceite
equivalente al35% p/v por cada litro de agua en cada tanque.
Para este
estudio se utilizaron tanques cilíndricos plásticos con una capacidad de 25 L
cada uno. El diámetro
fue de 0,3 m y
la altura de 0,36 m. Con el fin de mejorar la eficiencia del proceso de
biorremediación se
adicionó un
fertilizante compuesto, el fosfato diamónico. Se trabajó con tres
concentraciones diferentes de
nutrientes, lo
que permitió evaluar y comparar su efecto sobre el crecimiento bacteriano y la
degradación del
aceite. Las
concentraciones utilizadas fueron: 0,5; 0,75 y 1 gr/L de difosfato diamónico.
El aire se suministró
mediante un
sistema de inyección en espiral de aire forzado, formado por una tubería
plástica acoplada a un
compresor que
tuvo como función bombear el aire a través de toda la tubería. El sistema en
espiral con
espaciamiento
calculado de los puntos de inyección de aire en el fondo, permitió crear zonas
alternas de
transferencia y
mezclado, evitando así la formación de volúmenes muertos (sin movimiento).
Todos los
orificios fueron
colocados en el fondo ya que la profundidad mejora el tiempo de contacto
(Cookson, 1995;
Baker, 1987;
Capone & Bauer, 1988).
El aislamiento
microbiológico permitió la obtención de 18 tipos de colonias a partir de las
muestras de agua
contaminada con
hidrocarburos. Las características macromorfológicas de las cepas fueron
registradas según
la descripción
propuesta por Thomas J. Kerr. (1.981) Los valores de crecimiento de las cepas
bacterianas al
inicio del
ensayo estuvieron entre 0,069 y 850x106 UFC/ml y al final entre 0,01 y 4.500
UFC/ml. Los
primeros 15 días
de incubación, las densidades poblacionales de la mayoría de las cepas
disminuyeron y
estuvieron por
debajo de las obtenidas al inicio del ensayo. El crecimiento bacteriano de las
cepas bacterianas
aisladas mostró
diferentes patrones a lo largo del tiempo. Para que un microorganismo sea
recomendable
de utilizar en
procesos de biorremediación es necesario que sea capaz de degradar al sustrato
con un eficiencia
de 30-40%
durante 4 a 6 semanas (Eweis et al, 1999 y Flathman et al, 1995).
Cada una de las cepas
bacterianas
aisladas fue probada en su eficiencia para degradar hidrocarburos en un medio
mínimo mineral,
con gasoil como
única fuente de carbono (Pareja, 1993 y Young & Gerniglia, 1995). Los
resultados obtenidos en
la determinación
de los Hidrocarburos Totales, mostraron que al final del ensayo, los valores
fueron
inferiores a los
valores obtenidos inicialmente, es decir, todas las cepas fueron capaces de
degradar el
gasoil. Las
cepas MI 9 y MI 15 fueron las más eficientes en la remoción del hidrocarburo,
71,2% y
65,78%
respectivamente, a los 60 días de tratamiento. Al comparar los resultados de
crecimiento
bacteriano en el
medio con gasoil como fuente de carbono, con los valores de hidrocarburos, se
pudo
seleccionar las
cepas que fueron utilizadas para integrar cultivos mixtos en el ensayo a escala
piloto: MI 5,
MI 7, MI 8, MI
9, MI 10, MI 11 Y MI 15.
La
micromorfología de las 07 cepas bacterianas seleccionadas se obtuvo por
microscopía de frotis con
Tinción de Gram
y éstas presentaron las características que se enuncian: MI 5, MI 9, MI 10 y MI
11, bacilos
delgados,
aislados y en pares; MI 7, MI 8 y MI 15, cocos, aislados, agrupados o en pares.
Todas las cepas
seleccionadas
presentaron reacción de Gram negativa.
BIORREMEDIACION
DE LA CONTAMINACION PETROLERA MARINA.
El impacto de la actividad petrolífera en el
medio ambiente se ha incrementado por el aumento de la explotación y producción
de la industria petrolera, los vertimientos industriales, el almacenaje de
combustible y el transporte de los productos petroleros, entre otras causas. Es
por ello que la contaminación con hidrocarburos en el mar se ha triplicado en
los últimos años, mientras que los suelos dañados representan el 70 % del total
de los ecosistemas impactados con hidrocarburos.
El
proceso de biodegradación natural de los hidrocarburos del petróleo es muy
lento por lo que las investigaciones relacionadas con el desarrollo y aplicación
de técnicas eficientes para el saneamiento y recuperación de zonas impactadas
cobran cada vez mayor importancia.
En las labores para
mitigar los efectos de un derrame de hidrocarburos la primera acción a
desarrollar es la recogida mecánica y la técnica empleada depende de las
características del lugar en cuestión. Estos tratamientos sólo logran un 60% de
recuperación del petróleo originalmente derramado.
evaporación,
fotooxidación, disolución y biodegradación, con el objetivo de eliminar los
hidrocarburos residuales.
La
biorremediación consiste en la adición de materiales a sistemas o ecosistemas
contaminados para acelerar los procesos de biodegradación natural. Es una
técnica basada en la capacidad que tienen los microorganismos de crecer a
partir de la utilización de sustancias recalcitrantes al medio ambiente
(Shmaefsky, 1999, Mack Kay, 2001). Algunos de ellos son capaces de degradar
estos compuestos hasta dióxido de carbono, sales, agua y otros productos
inocuos al medio ambiente (Advanced BioTech, 2000, Núñez, 2003). Además, es una
técnica efectiva de descontaminación, de bajo costo, que permite tratar grandes
volúmenes de contaminantes y que, a diferencia de otros procedimientos de
descontaminación, presenta un impacto ambiental mínimo.
La
biorremediación se utiliza actualmente para degradar los desechos químicos
orgánicos contenidos en el mar, suelos, manantiales, efluentes de plantas
procesadoras de alimentos y compuestos químicos y los lodos petrolizados de las
refinerías de petróleo, tanques de almacenaje, separadores de agua-petróleo,
equipamiento de limpieza y derrames accidentales de petróleo.
El
reconocimiento que el petróleo es una mezcla compleja y degradable de
hidrocarburos y el conocimiento que los microorganismos degradadores de hidrocarburos
pueden ser enriquecidos en la mayoría de los diferentes tipos de ambientes (Lee
y Levy, 1989), han contribuido grandemente al desarrollo de las tecnologías de
biorremediación del petróleo en el mar (Halmo, 1985). Es importante analizar en cada caso la
necesidad real de añadir nutrientes al medio contaminado, pues estos pueden ser
a su vez una fuente de contaminación. La efectividad del uso de poblaciones
microbianas autóctonas o la adición de poblaciones exógenas es polémica en la
actualidad (Aldrett, Bonner, McDonal, Mills, y Autenrieth, 1997). Los procesos
de biorremediación se desarrollan mediante técnicas de bioestimulación y
bioaumentación.
La
técnica de bioestimulación se basa en el uso de nutrientes, sustratos o
aditivos con actividad superficial para estimular el crecimiento y desarrollo
de organismos capaces de biodegradar compuestos contaminantes del medio
ambiente (Gruiz y Kriston, 1995; Baheri y Meysami, 2002; Núñez, 2003).
Las
técnicas de bioaumentación describe la adición de organismos o enzimas a un
material con el propósito de eliminar sustancias indeseables (Shmaefsky, 1999).
La bioaumentación asegura que estén presentes los microorganismos específicos
capaces de degradar al compuesto contaminante no deseado (Advanced BioTech, 2000).
Las bacterias son los microorganismos más comúnmente utilizados para la
bioaumentación (Shmaefsky, 1999).
En condiciones
controladas éste es un método práctico y económicamente efectivo para eliminar
la contaminación por hidrocarburos. Los microorganismos deben estar presentes
en suficiente cantidad y diversidad.
También
deben tener asegurados sus requerimientos esenciales para lo cual se controlan
rigurosamente parámetros como: nivel de oxígeno, nutrientes inorgánicos, acceso
al sustrato, agua y otras condiciones como pH, temperatura, salinidad,
propiedades del contaminante, etc. (Oppenheimer Biotechnology, Inc. 2001).
La
aplicación de bacterias degradadoras de hidrocarburos en áreas contaminadas por
petróleo ha sido considerada como una posible opción para la biorremediación
tanto en ambientes terrestres como acuáticos, pero su aplicación requiere de un
diagnóstico inicial que incluya el diseño de cual es la solución idónea para
sanear el área impactada que garantice el Cub@: Medio Ambiente y Desarrollo;
Revista electrónica de la Agencia de Medio Ambiente Año 10, No.19, 2010
ISSN-1683-8904
cumplimiento de las
normas y exigencias ambientales establecidas para ese tipo de tecnología.
Aspectos a considerar en la
Biorremediación.
El
proceso de biorremediación debe incluir invariablemente una demostración
científica válida de la efectividad del proceso y la seguridad ambiental.
Efectividad
en el caso de la biorremediación de petróleo, significa el establecimiento de
que:
a. La remoción o desaparición del
petróleo es primeramente atribuible a la biodegradación y no a otro proceso.
b. El porcentaje de incremento de
la degradación es suficientemente rápido (con verificación estadística) que la
velocidad natural. Para poder justificar el gasto del esfuerzo de implementar
el proceso de biorremediación a una gran escala. La seguridad ambiental
requiere considerables esfuerzos para verificar que ocurren efectos ecológicos
no adversos como resultado de la aplicación de fertilizantes.
Medidas
de la efectividad de la Biorremediación.
Se
deben considerar los siguientes aspectos:
1. Cambios cualitativos en la
composición de los hidrocarburos que son indicativos de procesos biológicos. Se
realiza la cromatografía gaseosa, teniendo en cuenta los procesos de los factores
ambientales (fotólisis, disolución física, lavado químico, volatilidad, etc.)
que pueden contribuir a la desaparición del petróleo.
2. Los grupos indicadores de la
degradación son los hidrocarburos aromáticos seleccionados ya que sí estos se
degradan, los hidrocarburos alifáticos serán siempre también intensamente
degradados.
3. Disminución del porcentaje de
la masa de petróleo que son también indicativos de procesos biológicos.
4. Reducción del peso total del
petróleo, determinando la pérdida de peso en las distintas fracciones de
hidrocarburos del petróleo
5. La medición del número de
microorganismos degradadores de petróleo es un indicador inicial de la
factibilidad de la biorremediación.
6. Estudio de la mineralización
(mediciones de la producción de CO2 total).
7. Efecto de la acción del
nitrógeno
Impacto
Ambiental de los Derrames de Petróleo en el Mar.
El impacto de los
derrames de hidrocarburos en los ecosistemas marinos resulta desastroso y sus
consecuencias han sido muy bien estudiadas en una gran variedad de organismos,
ecosistemas y procesos biológicos en diferentes ambientes marinos (tropicales,
templados y polares). Ejemplo las macrofitas acuáticas son altamente
susceptibles y frecuentemente constituyen la vegetación dominante afectada en
el ecosistema impactado. Muchos animales pueden morir por efectos directos o
subletales (Maki, 1991 y Baker, Clark y Kingston, 1991). Los procesos
reproductivos, de desarrollo y conductal son muy sensitivos a la exposición a
los hidrocarburos, generalmente los estadios jóvenes de la vida son más
sensitivos que los adultos de muchos crustáceos y equinodermos juveniles y los
adultos son más sensibles que los peces juveniles y adultos. También hay
efectos severos sobre las poblaciones y comunidades (manglares, ciénagas, etc).
Las aves acuáticas y los animales salvajes marinos son muy vulnerables,
ocasionando daños que duran mucho tiempo en recuperar su estado normal. Los
impactos económicos son fuertes por la prohibición de la pesca y para el
turismo por la contaminación de las playas.
FITORREMEDIACION
La fitorremediación
es la descontaminación de los suelos, la depuración de las aguas residuales
o la limpieza del aire interior, usando plantas vasculares,
algas
(ficorremediación) u hongos
(micorremediación), y por extensión ecosistemas
que contienen estas plantas. Así pues, se trata de eliminar o controlar las
diversas contaminaciones. La degradación de compuestos dañinos
se acelera mediante la actividad de algunos microorganismos.
¿Qué es la fitorremediación?
La etimología proviene del griego «phyton» =
planta y del latín «remedium» = restablecer el equilibrio, la remediación. La
fitorremediación no es un concepto nuevo, pues desde hace 3000 años los hombres
han utilizado la capacidad natural de purificación de las plantas para el
tratamiento del agua. Desde la década de 1970 esta práctica ha encontrado un
renovado interés, en particular para el tratamiento de los plaguicidas
y de los metales.
La fitorremediación es un conjunto de tecnologías
que utiliza las plantas para reducir, degradar o inmovilizar compuestos orgánicos contaminantes (naturales o
sintéticos), de la tierra,
del agua o del aire
y que provienen de las actividades humanas. Esta técnica también puede tratar
la contaminación por compuestos inorgánicos ( metales pesados
o radioisótopos).
- Suelos: Esta técnica se utiliza para descontaminar biológicamente las tierras contaminada por metales y metaloides, plaguicidas, disolventes, explosivos, petróleo y sus derivados, radioisótopos y contaminantes diversos.
- Las aguas residuales: La fitorremediación también se utiliza para la descontaminación de las aguas cargadas de materia orgánica o contaminantes diversos (metales, hidrocarburos, plaguicidas).
- El aire: También se puede limpiar el aire de zonas cerradas a través de plantas que lo descontaminan (basado en la investigación Proyecto de Ley Wolverton para la NASA en los años 1980-90). Esta investigación se ha desarrollado significativamente en los últimos años.
Principio de la fitorremediación
La fitorremediación se basa principalmente en las
interacciones entre las plantas, el suelo y los microorganismos. El suelo es una compleja
estructura que sirve de soporte para el desarrollo de las plantas y los
microorganismos que se alimentan de los compuestos orgánicos o inorgánicos que lo
componen. Cuando algunos de estos compuestos se encuentra en exceso con
respecto al estado inicial del suelo, éste se describe como un suelo
contaminado (esto también se aplica al agua y al aire, a diferencia del suelo
son fluidos). Los compuestos en exceso puede ser utilizados como fuente de
energía por las plantas y microorganismos. En el sistema planta - suelo -
microorganismos, la biodegradación bacteriana es a
menudo independiente de la absorción por medio de la raíz. Las plantas y los microorganismos han coevolucionado
para adoptar una estrategia de aprovechamiento recíproca, para soportar la fitotoxicidad, de la que los
microorganismos aprovechan los exudados de la raíz y también la planta se beneficia de la
capacidad de degradación de los microorganismos rizosféricos
para reducir el estrés debido a la fitotoxicidad. En última instancia, la
planta es el agente esencial de la exportación de un contaminante fuera de su
entorno.
Efecto en la rizosfera
La rizosfera es
el volumen de suelo sometido a la influencia de la actividad de las raíces. Este volumen de suelo es más o menos
importante y varía en función de las plantas y el tipo de suelo. Los procesos
que ocurren en la zona de las raíces son esenciales para la fitorremediación.
La actividad y la biomasa
microbiana
son mucho mayores allí que en el suelo sin raíces. Las raíces liberan
sustancias naturales en el suelo donde crecen, por medio del exudado de las
raíces. Promueven y mantienen el desarrollo de colonias microbianas,
proporcionandoles de un 10-20% del azúcar producido por la actividad
fotosintética de la planta. Son liberados muchos compuestos, por ejemplo, hormonas, enzimas, oxígeno y agua. Los
microorganismos rizosféricos, a su vez, promueven el crecimiento de la planta
(reducción de lospatógenos, puesta a disposición de nutrientes ...). En
teoría, cuanto mayor sea la abundancia de raíces, con mayor abundancia van a
proporcionar un área de desarrollo importante a la microflora y microfauna de
la rizosfera. De hecho, los exudados radiculares promueven la biodegradación
de la contaminación orgánica, estimulando la actividad
micromicrobiana.
Principio de la descontaminación
Las plantas van a absorber el contaminante para
metabolizarlo o almacenralo, reduciendo o evitando la liberación de
contaminantes en otras zonas del medio (fitoestabilización). Con
mucha frecuencia, los compuestos orgánicos (xenobióticos
o no) puede ser degradados y metabolizados para el crecimiento de la planta. La
contaminación
se elimina así. En el caso de los compuestos inorgánicos contaminantes
(metales, metaloides y radionucleidos), únicamente es posible su
fitoestabilización o fitoextracción, porque estos tipos de agentes
contaminantes no son biodegradables.
Las distintas formas de fitorremediación
- Fitoextracción: el uso de plantas que absorben y concentran en sus partes recolectables (hojas, tallos) los contaminantes contenidos en el suelo (a menudo metales pesados). Se utilizan plantas acumuladoras y / o hiperacumuladoras que sean capaces de tolerar y acumular los metales pesados. Es posible mejorar la extracción mediante la adición de quelatos en el suelo. En la mayoría de los casos las plantas se cosechan y se incineran, las cenizas se almacenan en lugares acondicionados para ello o son transformadas para recuperar los metales acumulados (a esto se le llama fitominería).
- Fitotransformacion o fitodegradación: algunas plantas producen enzimas (dehalogenasa, oxigenasa, ...) que catalizan la degradación de las sustancias absorbidas o adsorbidas, que se transforman en menos tóxicas o no tóxicas por la metabolización de los contaminantes en los tejidos vegetales o por los organismos de la rizosfera alimentados por la planta (esto se llama rizodegradación (degradación por la rizosfera).
- Fitofiltración o rizofiltración: utilizados para la descontaminación y restauración de las aguas superficiales y subterráneas. Los contaminantes son absorbidos o adsorbidos por las raíces de las plantas en ambientes húmedos.
- Fitovolatilización: las plantas absorben el agua de la litosfera que contiene los contaminantes y otras toxinas orgánicas, transformándolos en elementos volátiles, y que luego liberan a la atmósfera a través de sus hojas. Ellas pueden, en algunos casos transformar los contaminantes orgánicos en elementos volátiles antes de transferirlos a la atmósfera - siempre a través de las hojas. La fitovolatilización no es siempre satisfactoria, porque si bien se descontamina el suelo, se liberan sustancias tóxicas a la atmósfera. En algunos casos es más satisfactoria, los contaminantes son degradados en componentes menos contaminantes o no-tóxicos antes de ser liberados.
- Fitoestabilización: simplemente reduce la movilidad de los contaminantes. La técnica más utilizada es el uso de plantas para reducir la escorrentía superficial y subsuperficial, lo que limita la erosión y reduce la escorrentía hacia el acuífero subterráneo. Esta práctica integra el control de lo que comúnmente se llama control hidráulico, o fitohidrorregulación.2 El bombeo hidráulico, (literalmente traducido del inglés) podrá efectuarse cuando las raíces llegan a las aguas subterráneas, eliminando grandes volúmenes de agua y controlando el gradiente hidráulico y la migración lateral de los contaminantes en el acuífero. En resumen, se trata de usar plantas con alta evapotranspiración para reducir el movimiento de contaminantes procedentes de la escorrentía (lateral o profunda). Otra práctica es detener los compuestos contaminantes haciéndolos reaccionar químicamente. Las plantas adsorben los contaminantes del suelo, del agua o del aire, y los retienen a nivel local (de ahí el uso del término «adsorción» en lugar de absorción) y la reducción de su biodisponibilidad. El proceso a veces se puede realizar, amplificándolo y acelerandolo mediante la adición de compuestos orgánicos o minerales, naturales o artificiales. Es un método eficaz para prevenir la dispersión de contaminantes en aguas superficiales o subterráneas.
- fitorrestauración : Esta técnica consiste en la completa restauración de suelos contaminados a un estado cercano al funcionamiento de un suelo natural (Bradshaw, 1997). Esta subdivisión de la fitorremediación utiliza plantas nativas de la zona expuesta a la labor de fitorremediación. Se intenta lograr el pleno restablecimiento de los ecosistemas naturales originales. Como se ha señalado por Peer et al. ( 2005), en comparación con otras técnicas de fitorremediación, fitorrestauración pone de relieve la cuestión del nivel de descontaminación necesario y suficiente. Hay una gran diferencia entre un suelo descontaminado para lograr su adaptación satisfactoria a una ley y restaurar el espacio para hacerlo plenamente utilizable de manera que regrese a las condiciones pre-contaminación. Cuando nos referimos a la fitorrestauración de aguas residuales, se habla de un proceso relacionado con el uso de las plantas para lograr la descontaminación (Dabouineau y al., 2005). Usado en este sentido, se convierte en sinónimo de fitopurification. Este tipo particular de proceso incluye la depuración de agua por macrófitos. En este caso, son las bacterias que viven en la zona de las raíces de los macrófitos las que son garantes de la remediación, las plantas son, sencillamente, un sustrato de crecimiento de microorganismos (véase la estación de Honfleur).
- Fitoestimulation : localizado principalmente en el rizosfera, es la estimulación por las plantas de las actividades microbianas favorables a la degradación de los contaminantes. Este aspecto, cuando se estudió, se encontró en todas las plantas hiperacumuladoras.
Las ventajas y limitaciones
Ventajas:
- El costo de la fitorremediación es mucho menor que el de los procedimientos tradicionales in situ et ex situ;
- Las plantas pueden ser fácilmente objeto de seguimiento;
- Recuperación y reutilización de metales valiosos (las empresas que se especializan en la fitominería);
- Es el método menos destructivo, ya que utiliza los organismos naturales y preserva el estado natural del medio ambiente (en comparación con el uso de procesos químicos, no hay ningún impacto negativo en la fertilidad de la tierra);
Los límites:
- La fitorremediación se limita a la superficie y a la profundidad ocupada por las raíces (tengamos en cuenta que muchos contaminantes basados en los metales también se mantienen en la capa superior del suelo);
- Un crecimiento lento y baja biomasa requieren una inversión considerable en tiempo, o/y, a veces la adición de agentes quelantes u otras sustancias (para los contaminantes inorgánicos como los metales pesados). Puede ser usado con plantas de crecimiento rápido - ver tablas de hiperacumuladoras, que muestran una amplia gama de elección para la mayoría de los contaminantes de todo tipo;
- No se puede, con un sistema de remediación a base de plantas, evitar completamente el paso de contaminantes a la capa freática (esto sólo es posible mediante la eliminación total del suelo). Una experiencia en Iowa (Estados Unidos), muestra, sin embargo, que álamos plantados entre un campo de maíz y un arroyo reducen significativamente la concentración de nitratos en las aguas superficiales: en el borde del campo contenía 150 mg/l de nitratos, mientras que entre los álamos el contenido de nitratos fue sólo de 3 mg /l;2
- El nivel y el tipo de contaminación afecta a la fitotoxicidad de de los contaminantes. En algunos casos, el crecimiento o la supervivencia de las plantas pueden estar disminuidos;
- Posible bioacumulación de contaminantes a través de la cadena alimentaria, desde el nivel de los consumidores primarios a los secundarios. Es esencial disponer las plantas de manera responsable, y no a consumir las plantas utilizadas para la descontaminación del terreno.
Mejora de los rendimientos:
La fitoacumulación está relacionada con la fitotolerancia de la planta hacia
los contaminantes. La toxicidad de algunos contaminantes puede reducirse
mediante la reducción química de los elementos implicados, que
se transforman así en sustancias menos contaminantes, y/o mediante la
incorporación de componentes orgánicos (otra forma de biotransformación).
Para ello, se puede quelatar
contaminantes con [[ligando (química)|ligandos] específicos que disminuyen la
cantidad de iones libres.
Se han llevado a cabo experimentos en electrocinética: el suelo se
somete a una corriente directa para promover el movimiento de iones en el
suelo.
La interacción entre la fitorremediación y la
biorremediación in situ (uso en el suelo de microorganismos,
o sus enzimas)
también se está estudiando.
El campo de la ingeniería genética orientada
hacia la fitorremediación está teniendo un gran desarrollo.
USOS DE MODOS ALTERADOS EN LA BIORREMEDIACION DE
MATERIALES PELIGROSOS.
La biotecnología es la
basada en la biología, especialmente
usada en agricultura, farmacia, ciencia de los alimentos, ciencias forestales y
medicina. Se desarrolla en un enfoque multidisciplinario que involucra varias
disciplinas y ciencias como biología, bioquímica, genética, virología,
agronomía, ingeniería, física, química, medicina y veterinaria entre otras.
Tiene gran repercusión en la farmacia, la medicina, la microbiología, la
ciencia de los alimentos, la minería y la agricultura entre otros campos.
Probablemente el primero que usó este término fue el ingeniero húngaro Karl
Ereki, en 1919, quien la introdujo en su libro Biotecnología en la producción
cárnica y láctea de una gran explotación agropecuaria.
Según el Convenio sobre Diversidad Biológica de 1992, la biotecnología podría definirse como “toda aplicación tecnológica que utilice sistemas biológicos y organismos vivos o sus derivados para la creación o modificación de productos o procesos para usos específicos”.
El Protocolo de Cartagena sobre de la Biotecnología del Convenio sobre la Diversidad Biológica define la biotecnología moderna como la aplicación de:
* Técnicas in vitro de ácido nucleico, incluidos el ácido desoxirribonucleico (ADN) recombinante y la inyección directa de ácido nucleico en células u orgánulos, o
* La fusión de células más allá de la familia taxonómica que superan las barreras fisiológicas de la reproducción o de la recombinación y que no son técnicas utilizadas en la reproducción y selección tradicional.
Historia
* 8000 a. C.: Recolección de semillas para replantación. Evidencias de que en Mesopotamia se utilizaba crianza selectiva en ganadería.
* 6000 a. C.: Medio Oriente, utilización de levadura en la elaboración de cerveza.
* 4000 a. C.: China, fabricación de yogur y queso por fermentación láctica utilizando bacterias.
* 2300 a. C.: Egipto, producción de pan con levadura.
* 1590: Invención del microscopio por Zacarías Janssen
* 1665: Robert Hooke utiliza por primera vez la palabra célula en su libro Micrographia.
* 1856: Gregor Mendel comienza un estudio de características específicas que encontró en ciertas plantas, las que fueron pasadas a las futuras generaciones.
* 1861: Louis Pasteur define el rol de los microorganismos y establece la ciencia de la microbiología.
* 1880: Se descubren los microorganismos.
* 1919: Karl Ereky, ingeniero húngaro, utiliza por primera vez la palabra biotecnología.
* 1953 James Watson y Francis Crick describen la estructura doble hélice de la molécula de ADN.
* 1965: El biólogo estadounidense Robert W. Holley «leyó» por primera vez la información total de un gen de levadura compuesta por 77 bases, lo que le valió el Premio Nobel.
* 1970: el científico estadounidense Har Gobind Khorana consiguió reconstruir en el laboratorio un gen completo.
* 1973: Se desarrolla la tecnología de recombinación del ADN por Stanley Cohen, de la Universidad de Stanford, y Herbert Boyer, de la Universidad de California, San Francisco.
* 1976: Har Gobind Khorana sintetiza una molécula de ácido nucleico compuesta por 206 bases.
* 1976: Robert Swanson y Herbert Boyer crean Genentech, la primera compañía de biotecnología.
* 1982: Se produce insulina para humanos, la primera hormona derivada de la biotecnología. Su nombre comercial Humulina®, de la compañía Eli-Lilly
* 1983: Se aprueban los alimentos transgénicos producidos por Calgene. Es la primera vez que se autorizan alimentos transgénicos en Estados Unidos.
* 2003 Cincuenta años después del descubrimiento de la estructura del ADN, se completa la secuencia del genoma humano.
* 2004: La ONU y el Gobierno de Chile organizan el Primer Foro Global de Biotecnología, en la Ciudad de Concepción, Chile (2 al 5 de marzo).
Lo que hoy se conoce como ingeniería genética o ADN recombinante, fue parte del hallazgo en 1970 hecho por Hamilton Smith y Daniel Nathans de la enzima (restrictasa) capaz de reconocer y cortar el ADN en secuencias específicas, hallazgo que les valió el Premio Nobel de fisiología y medicina, compartido con Werner Arber, en 1978. Este descubrimiento (consecuencia de un hallazgo accidental – Serendipia) dio origen al desarrollo de lo que hoy se conoce como Ingeniería genética o Biotecnología, que permite clonar cualquier gen en un virus, microorganismo, célula de animal o de plantas.
Hoy en día, la moderna biotecnología es frecuentemente asociada con el uso de microorganismos alterados genéticamente como el E. coli o levaduras para producir sustancias como la insulina o algunos antibióticos.
El lanzamiento comercial de insulina recombinada para humanos en 1982 marcó un hito en la evolución de la biotecnología moderna.
La biotecnología encuentra sus raíces en la biología molecular, un campo de estudios que evoluciona rápidamente en los años 1970, dando origen a la primera compañía de biotecnología, Genentech, en 1976.
Desde los 70s hasta la actualidad, la lista de compañías biotecnológicas ha aumentado y ha tenido importantes logros en desarrollar nuevas drogas. En la actualidad existen más de 4.000 compañías que se concentran en Europa, Norteamérica y Asia-Pacífico. La biotecnología nació en Norteamérica a fines de los 70s, Europa se incorporó a su desarrollo en los años 1990.
Tradicionalmente las empresas biotecnológicas han debido asociarse con farmacéuticas para obtener fondos de financiación, credibilidad y posición estratégica. Sin embargo, en los últimos años se ha intensificado la búsqueda de su propio rumbo. Una prueba de ello es el aumento de asociaciones entre empresas biotecnológicas excediendo al número de asociaciones entre empresas biotecnológicas con empresas farmacéuticas.
Aplicaciones
La biotecnología tiene aplicaciones en importantes áreas industriales como lo son la atención de la salud, con el desarrollo de nuevos enfoques para el tratamiento de enfermedades; la agricultura con el desarrollo de cultivos y alimentos mejorados; usos no alimentarios de los cultivos, como por ejemplo plásticos biodegradables, aceites vegetales y biocombustibles; y cuidado medioambiental a través de la biorremediación, como el reciclaje, el tratamiento de residuos y la limpieza de sitios contaminados por actividades industriales.
Las aplicaciones de la biotecnología son numerosas y se suelen clasificar como:
* Biotecnología roja: se aplica a la utilización de biotecnología en procesos médicos. Algunos ejemplos son el diseño de organismos para producir antibióticos, el desarrollo de vacunas más seguras y nuevos fármacos, los diagnósticos moleculares, las terapias regenerativas y el desarrollo de la ingeniería genética para curar enfermedades a través de la manipulación génica.
* Biotecnología blanca: también conocida como biotecnología industrial, es aquella aplicada a procesos industriales. Un ejemplo de ello es el diseño de microorganismos para producir un producto químico o el uso de enzimas como catalizadores industriales, ya sea para producir productos químicos valiosos o destruir contaminantes químicos peligrosos (por ejemplo utilizando oxidorreductasas). También se aplica a los usos de la biotecnología en la industria textil, en la creación de nuevos materiales, como plásticos biodegradables y en la producción de biocombustibles. Su principal objetivo es la creación de productos fácilmente degradables, que consuman menos energía y generen menos desechos durante su producción. La biotecnología blanca tiende a consumir menos recursos que los procesos tradicionales utilizados para producir bienes industriales.
* Biotecnología verde: es la biotecnología aplicada a procesos agrícolas. Un ejemplo de ello es el diseño de plantas transgénicas capaces de crecer en condiciones ambientales desfavorables o plantas resistentes a plagas y enfermedades. Se espera que la biotecnología verde produzca soluciones más amigables con el medio ambiente que los métodos tradicionales de la agricultura industrial. Un ejemplo de esto es la ingeniería genética en plantas para expresar plaguicidas, con lo que se elimina la necesidad de la aplicación externa de los mismos, como es el caso del maíz Bt. Si los productos de la biotecnología verde como éste son más respetuosos con el medio ambiente o no, es un tema de debate.
* Biotecnología azul: también llamada biotecnología marina, es un término utilizado para describir las aplicaciones de la biotecnología en ambientes marinos y acuáticos. Aún en una fase temprana de desarrollo sus aplicaciones son prometedoras para la acuicultura, cuidados sanitarios, cosmética y productos alimentarios.
Biorremediación y biodegradación
La biorremediación es el proceso por el cual son utilizados microorganismos para limpiar un sitio contaminado. Los procesos biológicos desempeñan un papel importante en la eliminación de contaminantes y la biotecnología aprovecha la versatilidad catabólica de los microorganismos para degradar y convertir dichos compuestos. En el ámbito de la microbiología ambiental, los estudios basados en el genoma abren nuevos campos de investigación in silico ampliando el panorama de las redes metabólicas y su regulación, así como pistas sobre las vías moleculares de los procesos de degradación y las estrategias de adaptación a las cambiantes condiciones ambientales. Los enfoques de genómica funcional y metagenómica aumentan la comprensión de las distintas vías de regulación y de las redes de flujo del carbono en ambientes no habituales y para compuestos particulares, que sin duda aceleraran el desarrollo de tecnologías de biorremediación y los procesos de biotransformación.
Los entornos marinos son especialmente vulnerables ya que los derrames de petróleo en regiones costeras y en mar abierto son difíciles de contener y sus daños difíciles de mitigar. Además de la contaminación a través de las actividades humanas, millones de toneladas de petróleo entran en el medio ambiente marino a través de filtraciones naturales. A pesar de su toxicidad, una considerable fracción del petróleo que entra en los sistemas marinos se elimina por la actividad de degradación de hidrocarburos llevada a cabo por comunidades microbianas, en particular, por las llamadas bacterias hidrocarbonoclásticas (HCB). Además varios microorganismos como Pseudomonas, Flavobacterium, Arthrobacter y Azotobacter pueden ser utilizados para degradar petróleo. El derrame del barco petrolero Exxon Valdez en Alaska en 1989 fue el primer caso en el que se utilizó biorremediación a gran escala de manera exitosa, estimulando la población bacteriana suplementándole nitrógeno y fósforo que eran los limitantes del medio.
Bioinformática
La bioinformática es un campo interdisciplinario que se ocupa de los problemas biológicos usando técnicas computacionales y hace que sea posible la rápida organización y análisis de los datos biológicos. Este campo también puede ser denominado biología computacional, y puede definirse como, “la conceptualización de la biología en término de moléculas y, a continuación, la aplicación de técnicas informáticas para comprender y organizar la información asociada a estas moléculas, a gran escala.” La bioinformática desempeña un papel clave en diversas áreas, tales como la genómica funcional, la genómica estructural y la proteómica, y forma un componente clave en el sector de la biotecnología y la farmacéutica.
Bioingeniería
La ingeniería biológica o bioingeniería es una rama de ingeniería que se centra en la biotecnología y en las ciencias biológicas. Incluye diferentes disciplinas, como la ingeniería bioquímica, la ingeniería biomédica, la ingeniería de procesos biológicos, la ingeniería de biosistemas, etc. Se trata de un enfoque integrado de los fundamentos de las ciencias biológicas y los principios tradicionales de la ingeniería.
Los bioingenieros con frecuencia trabajan escalando procesos biológicos de laboratorio a escalas de producción industrial. Por otra parte, a menudo atienden problemas de gestión, económicos y jurídicos. Debido a que las patentes y los sistemas de regulación (por ejemplo, la FDA en EE.UU.) son cuestiones de vital importancia para las empresas de biotecnología, los bioingenieros a menudo deben tener los conocimientos relacionados con estos temas.
Existe un creciente número de empresas de biotecnología y muchas universidades de todo el mundo proporcionan programas en bioingeniería y biotecnología de forma independiente.
Ventajas y riesgos
Ventajas
Entre las principales ventajas de la biotecnología se tienen:
* Rendimiento superior. Mediante los OGM el rendimiento de los cultivos aumenta, dando más alimento por menos recursos, disminuyendo las cosechas perdidas por enfermedad o plagas así como por factores ambientales.
* Reducción de pesticidas. Cada vez que un OGM es modificado para resistir una determinada plaga se está contribuyendo a reducir el uso de los plaguicidas asociados a la misma que suelen ser causantes de grandes daños ambientales y a la salud.
* Mejora en la nutrición. Se puede llegar a introducir vitaminas y proteínas adicionales en alimentos así como reducir los lérgenos y toxinas naturales. También se puede intentar cultivar en condiciones extremas lo que auxiliaría a los países que tienen menos disposición de alimentos.
* Mejora en el desarrollo de nuevos materiales.
La aplicación de la biotecnología presenta riesgos que pueden clasificarse en dos categorías diferentes: los efectos en la salud humana y de los animales y las consecuencias ambientales. Además, existen riesgos de un uso éticamente cuestionable de la biotecnología moderna.
Riesgos para el medio ambiente
Entre los riesgos para el medio ambiente cabe señalar la posibilidad de polinización cruzada, por medio de la cual el polen de los cultivos genéticamente modificados (GM) se difunde a cultivos no GM en campos cercanos, por lo que pueden dispersarse ciertas características como resistencia a los herbicidas de plantas GM a aquellas que no son GM.
Esto que podría dar lugar, por ejemplo, al desarrollo de maleza más agresiva o
de parientes silvestres con mayor resistencia a las enfermedades o a los
estreses abióticos, trastornando el equilibrio del ecosistema.
Otros riesgos ecológicos surgen del gran uso de cultivos modificados genéticamente con genes que producen toxinas insecticidas, como el gen del Bacillus thuringiensis. Esto puede hacer que se desarrolle una resistencia al gen en poblaciones de insectos expuestas a cultivos GM. También puede haber riesgo para especies que no son el objetivo, como aves y mariposas, por plantas con genes insecticidas.
También se puede perder biodiversidad, por ejemplo, como consecuencia del desplazamiento de cultivos tradicionales por un pequeño número de cultivos modificados genéticamente”.
Riesgos para la salud
Existen riesgos de transferir toxinas de una forma de vida a otra, de crear nuevas toxinas o de transferir compuestos alergénicos de una especie a otra, lo que podría dar lugar a reacciones alérgicas imprevistas.
Existe el riesgo de que bacterias y virus modificados escapen de los laboratorios de alta seguridad e infecten a la población humana o animal.
Los agentes biológicos se clasifican, en función del riesgo de infección, en cuatro grupos:
* Agente biológico del grupo 1: aquél que resulta poco probable que cause una enfermedad en el hombre.
* Agente biológico del grupo 2: aquél que puede causar una enfermedad en el hombre y puede suponer un peligro para los trabajadores, siendo poco probable que se propague a la colectividad y existiendo generalmente profilaxis o tratamiento eficaz.
* Agente biológico del grupo 3: aquél que puede causar una enfermedad grave en el hombre y presenta un serio peligro para los trabajadores, con riesgo de que se propague a la colectividad y existiendo generalmente una profilaxis o tratamiento eficaz.
* Agente biológico del grupo 4: aquél que causando una enfermedad grave en el hombre supone un serio peligro para los trabajadores, con muchas probabilidades de que se propague a la colectividad y sin que exista generalmente una profilaxis o un tratamiento eficaz.
Preocupaciones éticas y sociales
Los avances en genética y el desarrollo del Proyecto Genoma Humano, en conjunción con las tecnologías reproductivas, han suscitado preocupaciones de carácter ético sobre las cuales aún no hay consenso.
* Reproducción asistida del ser humano. Estatuto ético del embrión y del feto. Derecho individual a procrear.
* Sondeos genéticos y sus posibles aplicaciones discriminatorias: derechos a la intimidad genética y a no saber predisposiciones a enfermedades incurables.
* Modificación del genoma humano para “mejorar” la naturaleza humana.
* Clonación y el concepto de singularidad individual ante el derecho a no ser producto del diseño de otros.
* Cuestiones derivadas del mercantilismo de la vida (p. ej., patentes biotecnológicas).
Reconociendo que los problemas éticos suscitados por los rápidos adelantos de la ciencia y de sus aplicaciones tecnológicas deben examinarse teniendo en cuenta no sólo el respeto debido a la dignidad humana, sino también la observancia de los derechos humanos, la Conferencia General de la UNESCO aprobó en octubre de 2005 la Declaración Universal sobre Bioética y Derechos Humanos.
Según el Convenio sobre Diversidad Biológica de 1992, la biotecnología podría definirse como “toda aplicación tecnológica que utilice sistemas biológicos y organismos vivos o sus derivados para la creación o modificación de productos o procesos para usos específicos”.
El Protocolo de Cartagena sobre de la Biotecnología del Convenio sobre la Diversidad Biológica define la biotecnología moderna como la aplicación de:
* Técnicas in vitro de ácido nucleico, incluidos el ácido desoxirribonucleico (ADN) recombinante y la inyección directa de ácido nucleico en células u orgánulos, o
* La fusión de células más allá de la familia taxonómica que superan las barreras fisiológicas de la reproducción o de la recombinación y que no son técnicas utilizadas en la reproducción y selección tradicional.
Historia
* 8000 a. C.: Recolección de semillas para replantación. Evidencias de que en Mesopotamia se utilizaba crianza selectiva en ganadería.
* 6000 a. C.: Medio Oriente, utilización de levadura en la elaboración de cerveza.
* 4000 a. C.: China, fabricación de yogur y queso por fermentación láctica utilizando bacterias.
* 2300 a. C.: Egipto, producción de pan con levadura.
* 1590: Invención del microscopio por Zacarías Janssen
* 1665: Robert Hooke utiliza por primera vez la palabra célula en su libro Micrographia.
* 1856: Gregor Mendel comienza un estudio de características específicas que encontró en ciertas plantas, las que fueron pasadas a las futuras generaciones.
* 1861: Louis Pasteur define el rol de los microorganismos y establece la ciencia de la microbiología.
* 1880: Se descubren los microorganismos.
* 1919: Karl Ereky, ingeniero húngaro, utiliza por primera vez la palabra biotecnología.
* 1953 James Watson y Francis Crick describen la estructura doble hélice de la molécula de ADN.
* 1965: El biólogo estadounidense Robert W. Holley «leyó» por primera vez la información total de un gen de levadura compuesta por 77 bases, lo que le valió el Premio Nobel.
* 1970: el científico estadounidense Har Gobind Khorana consiguió reconstruir en el laboratorio un gen completo.
* 1973: Se desarrolla la tecnología de recombinación del ADN por Stanley Cohen, de la Universidad de Stanford, y Herbert Boyer, de la Universidad de California, San Francisco.
* 1976: Har Gobind Khorana sintetiza una molécula de ácido nucleico compuesta por 206 bases.
* 1976: Robert Swanson y Herbert Boyer crean Genentech, la primera compañía de biotecnología.
* 1982: Se produce insulina para humanos, la primera hormona derivada de la biotecnología. Su nombre comercial Humulina®, de la compañía Eli-Lilly
* 1983: Se aprueban los alimentos transgénicos producidos por Calgene. Es la primera vez que se autorizan alimentos transgénicos en Estados Unidos.
* 2003 Cincuenta años después del descubrimiento de la estructura del ADN, se completa la secuencia del genoma humano.
* 2004: La ONU y el Gobierno de Chile organizan el Primer Foro Global de Biotecnología, en la Ciudad de Concepción, Chile (2 al 5 de marzo).
Lo que hoy se conoce como ingeniería genética o ADN recombinante, fue parte del hallazgo en 1970 hecho por Hamilton Smith y Daniel Nathans de la enzima (restrictasa) capaz de reconocer y cortar el ADN en secuencias específicas, hallazgo que les valió el Premio Nobel de fisiología y medicina, compartido con Werner Arber, en 1978. Este descubrimiento (consecuencia de un hallazgo accidental – Serendipia) dio origen al desarrollo de lo que hoy se conoce como Ingeniería genética o Biotecnología, que permite clonar cualquier gen en un virus, microorganismo, célula de animal o de plantas.
Hoy en día, la moderna biotecnología es frecuentemente asociada con el uso de microorganismos alterados genéticamente como el E. coli o levaduras para producir sustancias como la insulina o algunos antibióticos.
El lanzamiento comercial de insulina recombinada para humanos en 1982 marcó un hito en la evolución de la biotecnología moderna.
La biotecnología encuentra sus raíces en la biología molecular, un campo de estudios que evoluciona rápidamente en los años 1970, dando origen a la primera compañía de biotecnología, Genentech, en 1976.
Desde los 70s hasta la actualidad, la lista de compañías biotecnológicas ha aumentado y ha tenido importantes logros en desarrollar nuevas drogas. En la actualidad existen más de 4.000 compañías que se concentran en Europa, Norteamérica y Asia-Pacífico. La biotecnología nació en Norteamérica a fines de los 70s, Europa se incorporó a su desarrollo en los años 1990.
Tradicionalmente las empresas biotecnológicas han debido asociarse con farmacéuticas para obtener fondos de financiación, credibilidad y posición estratégica. Sin embargo, en los últimos años se ha intensificado la búsqueda de su propio rumbo. Una prueba de ello es el aumento de asociaciones entre empresas biotecnológicas excediendo al número de asociaciones entre empresas biotecnológicas con empresas farmacéuticas.
Aplicaciones
La biotecnología tiene aplicaciones en importantes áreas industriales como lo son la atención de la salud, con el desarrollo de nuevos enfoques para el tratamiento de enfermedades; la agricultura con el desarrollo de cultivos y alimentos mejorados; usos no alimentarios de los cultivos, como por ejemplo plásticos biodegradables, aceites vegetales y biocombustibles; y cuidado medioambiental a través de la biorremediación, como el reciclaje, el tratamiento de residuos y la limpieza de sitios contaminados por actividades industriales.
Las aplicaciones de la biotecnología son numerosas y se suelen clasificar como:
* Biotecnología roja: se aplica a la utilización de biotecnología en procesos médicos. Algunos ejemplos son el diseño de organismos para producir antibióticos, el desarrollo de vacunas más seguras y nuevos fármacos, los diagnósticos moleculares, las terapias regenerativas y el desarrollo de la ingeniería genética para curar enfermedades a través de la manipulación génica.
* Biotecnología blanca: también conocida como biotecnología industrial, es aquella aplicada a procesos industriales. Un ejemplo de ello es el diseño de microorganismos para producir un producto químico o el uso de enzimas como catalizadores industriales, ya sea para producir productos químicos valiosos o destruir contaminantes químicos peligrosos (por ejemplo utilizando oxidorreductasas). También se aplica a los usos de la biotecnología en la industria textil, en la creación de nuevos materiales, como plásticos biodegradables y en la producción de biocombustibles. Su principal objetivo es la creación de productos fácilmente degradables, que consuman menos energía y generen menos desechos durante su producción. La biotecnología blanca tiende a consumir menos recursos que los procesos tradicionales utilizados para producir bienes industriales.
* Biotecnología verde: es la biotecnología aplicada a procesos agrícolas. Un ejemplo de ello es el diseño de plantas transgénicas capaces de crecer en condiciones ambientales desfavorables o plantas resistentes a plagas y enfermedades. Se espera que la biotecnología verde produzca soluciones más amigables con el medio ambiente que los métodos tradicionales de la agricultura industrial. Un ejemplo de esto es la ingeniería genética en plantas para expresar plaguicidas, con lo que se elimina la necesidad de la aplicación externa de los mismos, como es el caso del maíz Bt. Si los productos de la biotecnología verde como éste son más respetuosos con el medio ambiente o no, es un tema de debate.
* Biotecnología azul: también llamada biotecnología marina, es un término utilizado para describir las aplicaciones de la biotecnología en ambientes marinos y acuáticos. Aún en una fase temprana de desarrollo sus aplicaciones son prometedoras para la acuicultura, cuidados sanitarios, cosmética y productos alimentarios.
Biorremediación y biodegradación
La biorremediación es el proceso por el cual son utilizados microorganismos para limpiar un sitio contaminado. Los procesos biológicos desempeñan un papel importante en la eliminación de contaminantes y la biotecnología aprovecha la versatilidad catabólica de los microorganismos para degradar y convertir dichos compuestos. En el ámbito de la microbiología ambiental, los estudios basados en el genoma abren nuevos campos de investigación in silico ampliando el panorama de las redes metabólicas y su regulación, así como pistas sobre las vías moleculares de los procesos de degradación y las estrategias de adaptación a las cambiantes condiciones ambientales. Los enfoques de genómica funcional y metagenómica aumentan la comprensión de las distintas vías de regulación y de las redes de flujo del carbono en ambientes no habituales y para compuestos particulares, que sin duda aceleraran el desarrollo de tecnologías de biorremediación y los procesos de biotransformación.
Los entornos marinos son especialmente vulnerables ya que los derrames de petróleo en regiones costeras y en mar abierto son difíciles de contener y sus daños difíciles de mitigar. Además de la contaminación a través de las actividades humanas, millones de toneladas de petróleo entran en el medio ambiente marino a través de filtraciones naturales. A pesar de su toxicidad, una considerable fracción del petróleo que entra en los sistemas marinos se elimina por la actividad de degradación de hidrocarburos llevada a cabo por comunidades microbianas, en particular, por las llamadas bacterias hidrocarbonoclásticas (HCB). Además varios microorganismos como Pseudomonas, Flavobacterium, Arthrobacter y Azotobacter pueden ser utilizados para degradar petróleo. El derrame del barco petrolero Exxon Valdez en Alaska en 1989 fue el primer caso en el que se utilizó biorremediación a gran escala de manera exitosa, estimulando la población bacteriana suplementándole nitrógeno y fósforo que eran los limitantes del medio.
Bioinformática
La bioinformática es un campo interdisciplinario que se ocupa de los problemas biológicos usando técnicas computacionales y hace que sea posible la rápida organización y análisis de los datos biológicos. Este campo también puede ser denominado biología computacional, y puede definirse como, “la conceptualización de la biología en término de moléculas y, a continuación, la aplicación de técnicas informáticas para comprender y organizar la información asociada a estas moléculas, a gran escala.” La bioinformática desempeña un papel clave en diversas áreas, tales como la genómica funcional, la genómica estructural y la proteómica, y forma un componente clave en el sector de la biotecnología y la farmacéutica.
Bioingeniería
La ingeniería biológica o bioingeniería es una rama de ingeniería que se centra en la biotecnología y en las ciencias biológicas. Incluye diferentes disciplinas, como la ingeniería bioquímica, la ingeniería biomédica, la ingeniería de procesos biológicos, la ingeniería de biosistemas, etc. Se trata de un enfoque integrado de los fundamentos de las ciencias biológicas y los principios tradicionales de la ingeniería.
Los bioingenieros con frecuencia trabajan escalando procesos biológicos de laboratorio a escalas de producción industrial. Por otra parte, a menudo atienden problemas de gestión, económicos y jurídicos. Debido a que las patentes y los sistemas de regulación (por ejemplo, la FDA en EE.UU.) son cuestiones de vital importancia para las empresas de biotecnología, los bioingenieros a menudo deben tener los conocimientos relacionados con estos temas.
Existe un creciente número de empresas de biotecnología y muchas universidades de todo el mundo proporcionan programas en bioingeniería y biotecnología de forma independiente.
Ventajas y riesgos
Ventajas
Entre las principales ventajas de la biotecnología se tienen:
* Rendimiento superior. Mediante los OGM el rendimiento de los cultivos aumenta, dando más alimento por menos recursos, disminuyendo las cosechas perdidas por enfermedad o plagas así como por factores ambientales.
* Reducción de pesticidas. Cada vez que un OGM es modificado para resistir una determinada plaga se está contribuyendo a reducir el uso de los plaguicidas asociados a la misma que suelen ser causantes de grandes daños ambientales y a la salud.
* Mejora en la nutrición. Se puede llegar a introducir vitaminas y proteínas adicionales en alimentos así como reducir los lérgenos y toxinas naturales. También se puede intentar cultivar en condiciones extremas lo que auxiliaría a los países que tienen menos disposición de alimentos.
* Mejora en el desarrollo de nuevos materiales.
La aplicación de la biotecnología presenta riesgos que pueden clasificarse en dos categorías diferentes: los efectos en la salud humana y de los animales y las consecuencias ambientales. Además, existen riesgos de un uso éticamente cuestionable de la biotecnología moderna.
Riesgos para el medio ambiente
Entre los riesgos para el medio ambiente cabe señalar la posibilidad de polinización cruzada, por medio de la cual el polen de los cultivos genéticamente modificados (GM) se difunde a cultivos no GM en campos cercanos, por lo que pueden dispersarse ciertas características como resistencia a los herbicidas de plantas GM a aquellas que no son GM.
Esto que podría dar lugar, por ejemplo, al desarrollo de maleza más agresiva o
de parientes silvestres con mayor resistencia a las enfermedades o a los
estreses abióticos, trastornando el equilibrio del ecosistema. Otros riesgos ecológicos surgen del gran uso de cultivos modificados genéticamente con genes que producen toxinas insecticidas, como el gen del Bacillus thuringiensis. Esto puede hacer que se desarrolle una resistencia al gen en poblaciones de insectos expuestas a cultivos GM. También puede haber riesgo para especies que no son el objetivo, como aves y mariposas, por plantas con genes insecticidas.
También se puede perder biodiversidad, por ejemplo, como consecuencia del desplazamiento de cultivos tradicionales por un pequeño número de cultivos modificados genéticamente”.
Riesgos para la salud
Existen riesgos de transferir toxinas de una forma de vida a otra, de crear nuevas toxinas o de transferir compuestos alergénicos de una especie a otra, lo que podría dar lugar a reacciones alérgicas imprevistas.
Existe el riesgo de que bacterias y virus modificados escapen de los laboratorios de alta seguridad e infecten a la población humana o animal.
Los agentes biológicos se clasifican, en función del riesgo de infección, en cuatro grupos:
* Agente biológico del grupo 1: aquél que resulta poco probable que cause una enfermedad en el hombre.
* Agente biológico del grupo 2: aquél que puede causar una enfermedad en el hombre y puede suponer un peligro para los trabajadores, siendo poco probable que se propague a la colectividad y existiendo generalmente profilaxis o tratamiento eficaz.
* Agente biológico del grupo 3: aquél que puede causar una enfermedad grave en el hombre y presenta un serio peligro para los trabajadores, con riesgo de que se propague a la colectividad y existiendo generalmente una profilaxis o tratamiento eficaz.
* Agente biológico del grupo 4: aquél que causando una enfermedad grave en el hombre supone un serio peligro para los trabajadores, con muchas probabilidades de que se propague a la colectividad y sin que exista generalmente una profilaxis o un tratamiento eficaz.
Preocupaciones éticas y sociales
Los avances en genética y el desarrollo del Proyecto Genoma Humano, en conjunción con las tecnologías reproductivas, han suscitado preocupaciones de carácter ético sobre las cuales aún no hay consenso.
* Reproducción asistida del ser humano. Estatuto ético del embrión y del feto. Derecho individual a procrear.
* Sondeos genéticos y sus posibles aplicaciones discriminatorias: derechos a la intimidad genética y a no saber predisposiciones a enfermedades incurables.
* Modificación del genoma humano para “mejorar” la naturaleza humana.
* Clonación y el concepto de singularidad individual ante el derecho a no ser producto del diseño de otros.
* Cuestiones derivadas del mercantilismo de la vida (p. ej., patentes biotecnológicas).
Reconociendo que los problemas éticos suscitados por los rápidos adelantos de la ciencia y de sus aplicaciones tecnológicas deben examinarse teniendo en cuenta no sólo el respeto debido a la dignidad humana, sino también la observancia de los derechos humanos, la Conferencia General de la UNESCO aprobó en octubre de 2005 la Declaración Universal sobre Bioética y Derechos Humanos.
BIOELIMINACION DE
METALES.
La eliminación de metales pesados presentes en
cursos de aguas residuales de uso industrial se ha convertido en una de las
aplicaciones más importantes dentro de los tratamientos de agua. Dado que la
legislación, en constante cambio, ha impuesto límites de descarga más
estrictos, las plantas se han visto obligadas a agregar procesos de eliminación
de metales o bien, a actualizarlos. La serie MetClear™ MR de GE Water &
Process Technologies mejora la eliminación de metales pesados presentes en los
cursos de aguas residuales y, contribuye al cumplimiento de los estrictos
límites de descarga de las plantas industriales a fin de evitarle multas a su compañía.
Los metales de los cursos de agua no se degradan
naturalmente y, aún en bajas concentraciones, son tóxicos para la vida
acuática. En el caso de los encargados de plantas industriales, GE brinda
eficaces programas de tratamiento para la reducción de metales pesados en
cursos de aguas residuales que garantizarán el cumplimiento regulatorio.
Algunos de los metales que nuestros productos eliminan de las aguas residuales
son: metales pesados solubles y/o en partículas, tales como el plomo, cobre,
cromo, níquel, hierro y manganeso.
Los productos de la serie MetClear™ MR y PolyFloc™
de GE son agentes químicos de avanzada que actúan eficazmente, eliminando de
las aguas residuales los metales pesados de un amplio rango de pHs.
El tratamiento de
eliminación de metales pesados que se le conoce comunmente como quelación nació
desde la época de la segunda guerra mundial. Originalmente se creó para
tratamientos por intoxicaciones por metales pesados como: plomo, mercurio,
cromo, cadmio, vanadio y otros.
Y las personas que acudían a ese tratamiento para liberarse de esos metales perjudiciales a su organismo, descubrieron que también se curaban de otros problemas que sufrían, como la insuficiencia vascular y artritis.
Este blog se formó en reconocimiento al logro del DR YAMIL FARJAT QUESNEL (GERIATRA Y GERONTOLOGO) por haber optimizado el tiempo de aplicación a 30 minutos y reduciendo el volumen utilizado a 250 ml, manteniendo la misma eficacia en los tratamientos, evitando complicaciones cardiacas en pacientes seniles.
Y las personas que acudían a ese tratamiento para liberarse de esos metales perjudiciales a su organismo, descubrieron que también se curaban de otros problemas que sufrían, como la insuficiencia vascular y artritis.
Este blog se formó en reconocimiento al logro del DR YAMIL FARJAT QUESNEL (GERIATRA Y GERONTOLOGO) por haber optimizado el tiempo de aplicación a 30 minutos y reduciendo el volumen utilizado a 250 ml, manteniendo la misma eficacia en los tratamientos, evitando complicaciones cardiacas en pacientes seniles.
Los iones metálicos de los elementos pesados (por
ejemplo, manganeso, mercurio, cinc, níquel, cobre, plomo) movilizados por la
acción humana en distintos ecosistemas constituyen el tipo de contaminación más
grave del planeta. Los efectos contaminantes de los metales pesados superan en
cuantía la suma de todos los demás tipos de contaminación química. Gracias a la
ingeniería genética se han desarrollado bacterias que pueden vivir en presencia
de metales pesados y eliminarlos mediante diversas reacciones químicas.
La presencia de cationes de
metales pesados en el agua crea problemas serios por sus efectos tóxicos sobre
animales, plantas y sobre la salud humana. En estudios recientes se ha comprobado que hoy en día tenemos de 400 a
1.000 veces más plomo en los huesos que hace 400 años. Esto tiene graves
efectos en el cerebro y en la evolución mental de los niños, especialmente en
la formación de la inteligencia. Entre muchos otros síntomas la intoxicación
por plomo provoca una perturbación de la formación de la sangre y así leucemias
y anemias, insuficiencias renales y enfermedades neurológicas.
Entre los metales pesados los más
importantes en cuestión de salud son el mercurio, el plomo, el cadmio, el
níquel y el zinc. Algunos elementos intermedios como el arsénico y el aluminio,
se estudian habitualmente junto a los metales pesados.
Dada la gran toxicidad de los
metales pesados en solución sobre el ecosistema, uno de los principales
problemas a los que la industria se enfrenta en la actualidad es que no existen
demasiadas rutas de metabolización por parte de los seres vivos o de
degradación por parte del medio. El médico Dietrich Klinghardt M.D., que está
investigando, junto con otros científicos, la desintoxicación por metales
pesados desde hace 30 años, ha desarrollado un método de desintoxicación con
remedios naturales muy eficaz. La chlorella tiene dos efectos: moviliza metales
pesados y radioactivos y otras toxinas, como p. ej. dioxina, especialmente en
los espacios extracelulares, para echarlas después del cuerpo con las heces. El
cilantro es capaz de movilizar muchos tóxicos del espacio intracelular,
especialmente de las células nerviosas y de los huesos. Estudios recientes con
animales demuestran que el cilantro efectúa una movilización rápida de aluminio
y plomo del cerebro y del esqueleto, superior que con cualquier otro
remedio.
Sin embargo, la dificultad de
eliminación unida a un aporte excesivo al medio, generalmente de origen
antropogénico, genera serios problemas ambientales que, en ocasiones, son
difíciles de controlar.
Como existe una gran variedad de
procesos industriales que generan este tipo de contaminación, el control de la
presencia de metales pesados en agua es difícil. Se utilizan algunas veces
técnicas de precipitación de los metales a su forma de hidróxidos usando cal o
sosa, pero este procedimiento crea el problema de la generación de grandes
cantidades de precipitados y aumento del pH de las aguas, siendo además el
proceso de precitación excesivamente lento a pesar de utilizar coagulantes.
El tratamiento terciario en la
depuración de aguas residuales comprende una serie de procesos a los que deben
someterse las aguas que provienen del tratamiento secundario, que es, por lo
general, un tratamiento biológico. En el tratamiento terciario se eliminan
compuestos orgánicos e inorgánicos disueltos. Los tres procesos considerados
más adecuados para eliminar componentes inorgánicos del agua son la
electrodiálisis, el intercambio iónico y la osmosis inversa.
Dentro de ellos el intercambio
iónico con zeolitas da buenos resultados. Se han utilizado varias zeolitas,
entre las cuales se incluyen zeolitas naturales tales como clinoptilolita,
mordenita, chabazita, erionita y zeolitas sintéticas tales como 4A y NaX, en la
retención de una serie de metales. Para el caso de la clinoptilolita el metal
que mejor se elimina es el plomo, seguido del cadmio, cesio, cobre, cromo
siendo el niquel el más resistente a la eliminación. Por otro lado a menor
razón Si/Al de la zeolita, mayor capacidad de la zeolita para intercambio
catiónico. Respecto al mejor ión intercambiable en la zeolita, los cationes
monovalentes se intercambian mejor por los metales pesados que los divalentes,
siendo el sodio o el potasio los que mejor funcionan.
También los procesos
biotecnológicos han llamado la atención de la comunidad científica por la
variedad de métodos detoxificantes de metales pesados. Dentro de ellos, la
adsorción representa una alternativa técnica y económicamente viable, tanto por
su capacidad de depuración como por el moderado coste de operación que tiene, y
por ser considerada una tecnología “limpia” en la eliminación de metales
pesados de aguas residuales.
Los residuos que se obtienen del
olivo durante el proceso de extracción del aceite pueden servir para eliminar
los metales pesados de las aguas residuales. Los huesos de la aceituna, el
alpeorujo y los restos de poda presentan capacidades notables para retener el
plomo presente en las aguas residuales y pueden aplicarse en la depuración de
efluentes a escala industrial. De manera similar al proceso de intercambio
iónico con zeolitas, el plomo es el metal que mejor se elimina.
Para determinar las operaciones y
procesos unitarios a ser utilizados dentro de una planta de tratamiento de
efluentes, previamente se necesita de un análisis de diversos factores técnicos
y económicos entre los que se encuentran: volumen de las aguas a tratar,
posible variación del caudal, características físico-químicas de las aguas,
legislación sobre calidad de las aguas residuales etc. Es necesario tener en
cuenta la existencia de equipos apropiados para la planta de tratamiento y el
coste de nuevos equipos que puedan ser necesarios, así como el coste de los
reactivos químicos para efectuar los diferentes procesos del tratamiento.
El volumen de las aguas
residuales es sin duda el principal parámetro para el dimensionamiento de
cualquier sistema de tratamiento físico, químico o biológico, aunque no siempre
fácil de estimar. En las instalaciones galvánicas por ejemplo, el volumen de
las aguas residuales a ser tratadas es de difícil cuantificación debido a las
diversas variables que influyen en la misma. Por otro lado, las variaciones en las
aguas residuales, tanto cualitativas como cuantitativas son comunes debido a la
gran variedad de procesos de recubrimiento galvánico que se dan a la superficie
de un metal (cromado, plateado, dorado, niquelado, etc,), es por ello que los
desechos generados, antes de ser sometidos a los procesos de destoxificación o
de tratamiento, requieren una previa igualación para la estabilización del
caudal y de las características físico-químicas, principalmente pH y
concentración de metales pesados.
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ResponderEliminarMe encantó el articulo sobre biotecnología ambiental, he estado navegando a través del blog y me encanta el contenido, yo también escribo de biotecnología ambiental en mi blog, me encantaría que compartieramos ideas.
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