Bacterias que purifican el agua transformándola en potable Los biorreactores de membranas (MBR) forman parte de una técnica de uso creciente para purificar el agua, según explicó Sebastián Delgado Díaz , en una conferencia que impartió durante la semana de Fuerteventura en el Pabellón de Canarias de la Exposición Internacional de Zaragoza. Habló sobre su comparación con los sistemas convencionales y las tendencias actuales en el mercado internacional.

Los biorreactores de membranas están compuestos por bacterias que se nutren de los contaminantes que contiene el agua, purificándola. Después, el proceso continúa con la separación de esos microorganismos del líquido. También puede realizarse una filtración extra (ósmosis) para conseguir un agua de alta calidad. El nuevo sistema ocupa la mitad de espacio que uno convencional y cuenta con un mercado que crece de manera exponencial. Ello se consigue bajando los costes de producción gracias a las economías de escala: a mayor producción, menor precio y mejorando la calidad. Sebastián Delgado informó a los asistentes sobre el hecho de que Fuerteventura se encuentra a la cabeza de Canarias en el crecimiento de uso de aguas regeneradas. Se hace en los parques y jardines y los campos de golf. Aunque nada obstaculiza su aplicación a la agricultura. En Canarias, el 57% del consumo de agua lo realiza la agricultura, el 31% es urbano y sólo un 9% turístico, “pese a la importancia que tiene este sector para las Islas“, afirmó. En cambio, los recursos son en su mayoría subterráneos (60%) y sólo un 8% proceden de la reutilización. Este término se debe emplear cuando el agua se aplica en uso distinto del originario, como sería del caso de volver a aprovechar el agua de una vivienda para la agricultura. En la actualidad 1.100 millones de personas no tienen acceso al agua en el mundo y las proyecciones de futuro, para el año 2025, estiman que 2.700 millones van a tener restricciones de acceso. FAQ De la Purificación Del Agua

Retiro de sólidos disueltos Los microorganismos no son solamente una amenaza en el tratamiento del agua; pueden también ser una ventaja cuando se usan en procesos de depuración del agua. Pueden convertir contaminantes dañinos en sustancias inofensivas. Este proceso conlleva generalmente un tiempo largo y se utiliza solamente para el agua que está contamina con contaminantes que los microorganismos, generalmente bacterias, pueden convertir. ¿Cómo se pueden las bacterias quitar del agua? Las bacterias y otros microorganismos se quitan del agua con la desinfección. Esto significa que ciertas sustancias están disponibles para matar a las bacterias, estos se llaman biocidas. La desinfección se puede también hacer a veces con la UV-luz. ¿Qué es el tratamiento aerobio del agua? Cuando las bacterias se utilizan para la depuración del agua hay dos clases de transferencia; una de estas es transferencia aerobia. Esto significa, que las bacterias dependen del oxígeno para convertir los contaminantes del agua. Las bacterias aerobias solo pueden convertir compuestos cuando hay mucho oxígeno presente, porque lo necesitan para realizar cualquier clase de conversión química. Generalmente los productos en los que convierten los contaminantes son dióxido de carbono y agua. ¿Qué es el tratamiento anaerobio del agua?

Cuando las bacterias se utilizan para la purificación del agua hay dos clases de conversión; uno de estos es transferencia anaerobia. Esto significa, que las bacterias que no son dependientes del oxígeno para convertir los contaminantes del agua. Las bacterias anaerobias pueden convertir solamente cuando los niveles de oxígeno son bajos, porque utilizan otras clases de sustancias para realizar la conversión química. Las bacterias anaerobias apenas producen el dióxido de carbono y el agua durante la conversión, sino gas metano. Esto se puede utilizar para mantener la maquinaria que soporta el proceso de purificación. La conversión anaerobia de una sustancia requiere más pasos que la conversión aerobia, pero el resultado final es a menudo menos satisfactorio. Después de que el proceso anaeróbico con bacterias generalmente la conversión aeróbica (bacterias que utilizan oxígeno) necesita acabar el proceso, porque el agua no está bastante limpia todavía. ¿Cómo se quitan los fertilizantes del agua? Los fertilizantes tales como fosfato se quitan a través de la adición de otro producto químico, generalmente hierro. Las sustancias se convierten en sólidos precipitados, de esta forma pueden ser filtrados del agua. El retiro del amonio y de los nitratos es un poco más complicado; es un proceso de la depuración que requiere conversión aerobia y anaerobia para quitarlos. En la etapa aerobia de la conversión hay dos especies bacterianas implicadas. Bacterias llamadas Nitrosamonas que convierten el amoniaco a nitrito y las bacterias llamadas Nitrobacteras que convierten el nitrito a nitrato después de las primeras. Aunque el nitrato no representa una amenaza directa para la salud de la mayoría de los pescados, los altos niveles siguen siendo indeseables. Aparte de animar el crecimiento de las algas a extremos anormales, ahora se cree que los altos niveles del nitrato están implicados en enfermedades de algunos pescados. Esto significa que el proceso no se puede parar aquí. Las bacterias anaerobias asumen el control; convierten el nitrato a nitrógeno atmosférico gaseoso. Este proceso ocurre solamente en ausencia de oxígeno. La primera etapa es al revés del proceso de la nitrificación, el nitrato es de nuevo convertido a nitrito. La segunda etapa de la desnitrificación convierte el nitrito al gas del nitrógeno (N 2). Este gas se escapa libremente en la atmósfera sin causar daño ambiental.

Bacterias que metabolizan contaminantes Área: Biología, Medio ambiente — Miércoles, 7 de Septiembre de 2005

La agencia para la protección del medio ambiente de EEUU quiere un método para deshacerse de los percloratos disueltos en el agua. Éstos peligrosos contaminantes pueden ser eliminados con métodos caros y complejos pero el Centro de Biotecnología Ambiental y el Instituto de Biodiseño han desarrollado una técnica que podría solucionar el problema de manera sencilla y barata. El nuevo proceso utiliza bacterias que se “comen” el contaminante del agua. Han conseguido aumentar la capacidad que ya tienen las bacterias para metabolizar ciertos productos y ahora se alimentan del perclorato. El sistema se llama Reactor de biopelícula membranosa (membrane biofilm reactor o MBfR) y usa hidrógeno como donante de de electrones para reducir el perclorato a inocuos iones de cloro (la sal común disuelta en agua contiene ese tipo de iones) y agua

El sistema también redujo los nitratos, cloratos, arsenatos y DBCP de aguas contaminadas. Estos resultados fueron presentados en el 230 congreso nacional de la sociedad americana de química por Rittmann, Jinwook Chung, Reid Bowman (Applied Process Technology), and William Wright (California State University, Fresno). Biotecnología para limpiar derrames de petróleo Se trata de una técnica basada en la capacidad natural de los microorganismos de alimentarse de sustancias contaminantes, y convertirlas en compuestos más sencillos y menos tóxicos. Por ejemplo, se han encontrado en la naturaleza bacterias que se alimentan de petróleo. Este proceso natural se puede acelerar aportando nutrientes y oxígeno que facilitan la multiplicación de las bacterias, e incentivan su apetito.

Esquema de bacteria. Foto: U. of Wisconsin Madison

En suelos de la Antártida, científicos de Argentina y España valiéndose de bacterias autóctonas a las que se las estimuló con nutrientes, como nitrógeno y fósforo, lograron acelerar el proceso de limpieza de suelos crónicamente contaminados por hidrocarburos, Bacterias y limpieza del ambiente, o biorremediación Existen contaminantes para los cuales no se han encontrado aún microorganismos capaces de transformarlos. La ingeniería genética está buscando soluciones a este problema. Consiste en desarrollar microorganismos genéticamente modificados (transgénicos) que sean mejores agentes de biorremediación. Para lograrlo se investigan nuevos organismos capaces de digerir compuestos tóxicos. Luego, se identifica el gen que les permite cumplir con esa función, y se lo transfiere a otras bacterias que no lo poseen naturalmente. De esta forma, las nuevas bacterias transgénicas actuarán sobre un abanico más amplio de residuos. Por ejemplo, se podrían obtener bacterias capaces de eliminar residuos de cobre, plomo, cromo, cloro, o que degraden desechos industriales que actualmente no son biodegradables. Bioremediación Remediación de la contaminación con hidrocarburos La bioremediación surge como una rama de la biotecnología, que busca resolver los problemas de contaminación, mediante el uso de seres vivos (microorganismos y plantas), capaces de degradar compuestos que provocan desequilibrio en el medio ambiente, ya sea suelo, sedimento, fango o mar. Tipos de bioremediación En los procesos de bioremediación, se emplean mezclas de ciertos microorganismos o plantas, capaces de degradar o acumular sustancias contaminantes, tales como metales pesados y compuestos orgánicos derivados de petróleo o sintéticos. Básicamente, los procesos de bioremediación pueden ser de tres tipos: 1. Degradación enzimática Este tipo de degradación consiste en el empleo de enzimas en el sitio contaminado con el fin de degradar las sustancias nocivas. Las enzimas son verdaderos aceleradores de las reacciones de degradación, de naturaleza proteica, y se obtienen en cantidades industriales a partir de microorganismos (bacterias y hongos) que las producen naturalmente, o por microorganismos modificados genéticamente que son comercializados por las empresas biotecnológicas. Por ejemplo, existe un amplio número de industrias de procesamiento de alimentos que producen residuos que necesariamente deben ser posteriormente tratados. En estos casos, se aplican grupos de enzimas que rompen polímeros complejos para luego terminar de degradarlos con el uso de microorganismos. Un ejemplo lo constituyen las enzimas lipasas (que degradan lípidos), que se usan junto a cultivos bacterianos para eliminar los depósitos de grasa de las paredes de las tuberías que transportan los efluentes. 2. Remediación microbiana En este tipo de remediación se usan microorganismos directamente en el foco de la contaminación. Los microorganismos utilizados en bioremediación pueden ser los ya existentes (autóctonos), en el sitio contaminado o pueden provenir de otros ecosistemas, en cuyo caso deben ser agregados o inoculados. La gran diversidad de microorganismos existentes ofrece muchos recursos para limpiar el medio ambiente y, en la actualidad, esta área está siendo objeto de intensa investigación. Existen, por ejemplo, bacterias y hongos que pueden degradar con relativa facilidad petróleo y sus derivados, benceno, tolueno, acetona, pesticidas, herbicidas, éteres, alcoholes simples, entre otros. 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. 3. Remediación con plantas (fitorremediación) La fitorremediación es el uso de plantas para limpiar ambientes contaminados. Aunque se encuentra en desarrollo, constituye una estrategia muy interesante, 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.

Se conocen alrededor de 400 especies de plantas con capacidad para hiperacumular selectivamente alguna sustancia. En la mayoría de los casos, no se trata de especies raras, sino de cultivos conocidos. Así, el girasol (Heliantus anuus) es capaz de absorber en grandes cantidades el uranio depositado en el suelo. Los álamos (género Populus) absorben selectivamente níquel, cadmio y zinc. También la pequeña planta Arabidopsis thaliana de gran utilidad para los biólogos es capaz de hiperacumular cobre y zinc. Otras plantas comunes que se han ensayado con éxito, como posibles especies fitorremediadoras en el futuro inmediato son la alfalfa, la mostaza, el tomate, la calabaza, el esparto, el sauce y el bambú. Incluso existen especies vegetales capaces de eliminar la alta salinidad del suelo, gracias a su capacidad para acumular el cloruro de sodio. En general, hay plantas que convierten los productos que extraen del suelo a componentes inocuos, o volátiles. Pero cuando se plantea realizar un esquema de fitorremediación de un cuerpo de agua, o un área de tierra contaminada, se siembra la planta con capacidad (natural o adquirida por ingeniería genética) de extraer el contaminante particular, y luego de un período de tiempo determinado, se cosecha la biomasa y se incinera o se le da otro curso dependiendo del contaminante. De esta forma, los contaminantes acumulados en las plantas, no se transmiten a través de las redes alimentarias a otros organismos. Es importante aclarar que la utilización de plantas en los procesos de fitorremediación, deben ser planificados y controlados. De esta forma, los productos contaminantes que ellas acumulan, se transforman en sustancias no nocivas que vuelven al ambiente, o se acumulan en las plantas que se desechan, de forma tal que no pasan a la cadena alimentaria y, en consecuencia, no perjudican a otros organismos que puedan alimentarse de estos vegetales. En el caso de la remediación microbiana, los microorganismos no actúan “intencionalmente” en beneficio del hombre, sino que incorporan las sustancias del entorno como el resto de los seres vivos, lo que les permite nutrirse y sobrevivir. La utilidad de los microorganismos, es producto del aprovechamiento que el hombre hace de ellos en beneficio propio. Incluso cuando las bacterias se transforman mediante técnicas de ingeniería genética para que actúen como descontaminantes o para emplear las enzimas que producen con ese fin, las bacterias no hacen más que cumplir con sus funciones vitales. Lo mismo ocurre con las plantas que pueden incorporar productos contaminantes y convertirlos en productos inocuos.

Biorremediación

Al uso de los procesos biológicos para proteger y restaurar la calidad ambiental se le ha dado el nombre de Biotecnología ambiental. La Biorremediación (1) es el uso de diversos organismos (fundamentalmente bacterias, hongos y diversos vegetales) para la reducción de la contaminación del aire o de los sistemas acuáticos o terrestres. Se utiliza la biorremediación para el tratamiento de aguas residuales, para descontaminar el aire o el agua, también para limpieza de suelos que hayan recibido contaminantes. Los contaminantes que se tratan de limpiar son fundamentalmente hidrocarburos, procedentes sobre todo del petróleo. Asimismo se trata de eliminar o neutralizar los metales pesados e incluso residuos nucleares.

Bacteria Pseudomona aeruginosa degradadota de Hidrocarburos Los organismos que se utilizan (2) para estos fines están presentes en el medio. Tal es el caso de bacterias como Lactobacillus, Bacillus, Spirillum, Pseudomonas…o de hongos como Aspergillus, Penicillium, Candida, Mucor… Estos organismos se han utilizado para eliminar el vertido producido en el mar o en las playas como consecuencia de mareas negras, tal es el caso de la limpieza de 10.000 m de playa del Parque Nacional de las Islas Atlánticas que sufrió

los efectos de la marea negra del Prestige (3) . Este tipo de bacterias también fueron utilizadas en la limpieza de 110 millas de playa en el vertido del Exxon Valdez en Alaska en Marzo de 1989. Estas bacterias eliminan los hidrocarburos al digerirlos en su metabolismo.

Marea negra del Prestige También existen bacterias quimioautotróficas, que actúan a pH ácidos y temperaturas elevadas, que eliminan minerales sulfurados al utilizarlos como sustrato para la obtención de energía. Estas mismas bacterias pueden utilizarse en la recuperación de fósforo y de metales asociados a óxidos, para ello ha de generarse un medio ácido, para que las bacterias puedan actuar. Existe una bacteria llamada Geobacter sulfurreducens (4), descubierta en 1994 por el Dr. Derek Lovlely que provoca la precipitación de un gran número de metales, entre ellos algunos con radiactividad, como el Uranio, el Tecnecio y el Cromo. Esto puede permitir su uso para descontaminar aguas contaminadas con sustancias radiactivas, ya que al provocar su precipitación permite facilitar su descontaminación. Estas bacteria es especialmente abundante en ambientes anaerobios subterráneos.

Geobacter sulfurreducens

Otro tipo de bacterias se utilizan para degradar los compuestos organoclorados (5) (compuestos complejos que contienen Cloro en su composición, tal es el caso de los insecticidas DDT, Hexaclorobenceno(HCB), Ciclohexano(HCH) o de refrigerantes de transformadores eléctricos como los PCBs). Otra técnica que está en estudio, y en algunos casos ya aplicada, es la utilización de diversas plantas para descontaminar suelos, aguas superficiales y aguas subterráneas; a esta técnica se la denominafitorremediación (6).

Todos estos organismos son susceptibles de selección, de mejora y de manipulación mediante técnicas de ingeniería genética. Esto plantea numerosas dudas e inquietudes debido al escaso conocimiento que se tiene de las interacciones que puedan existir con los organismos modificados genéticamente, tanto entre sí como entre ellos y el medio. Debe existir un control muy estricto de estos organismos cuando han sido manipulados mediante técnicas de ingeniería genética dado que pueden competir de forma ventajosa con los organismos del medio desplazándolos, ocasionando con esto alteraciones en las redes tróficas. Asimismo existe el riesgo de que una proliferación de estos organismos pueda causar daños en las instalaciones humanas, de no existir controles, como es el caso de los depósitos de combustible, tanques de combustible, yacimientos de hidrocarburos… que puedan ser contaminados con bacterias devoradoras de petróleo.