I. TITULO: BIORREMEDIACIN DE AGUAS CONTAMINADAS CON RELAVES MINEROS DE LOS EFLUENTES DEL RO HUANCAPETI EN LA CIUDAD DE RECUAY.

II. JUSTIFICACINLos contaminantes como metales pesados (Cd, Hg, Pb, Cu, Ni, Sb, Bi) tienen la capacidad de provocar cambios evolutivos debido a sus efectos dainos. Son potencialmente contaminantes devastadores ya que contaminan el aire, el agua y la tierra.El manejo inadecuado de los materiales y residuos peligrosos ha generado a nivel mundial, un problema de contaminacin de los suelos y cuerpos de agua. Entre las ms severas contaminaciones destacan las que se produjeron y todava se producen por Metales Pesados porque tienden a bioacumularse. En la actualidad las actividades de las transnacionales mineras y otras estn causando conflictividad social. Amenaza la vida y el ambiente; desplazan comunidades, se apropian de extensos territorios, de las aguas, de la biodiversidad y desequilibran la seguridad y soberana alimentaria de las poblaciones afectadas.De acuerdo a los resultados del monitoreo ambiental realizado en varios distritos de minera en el pas, caracterizados por la intensidad de las labores mineras a pequea y gran escala.La minera ha causado considerables impactos ambientales. Los principales contaminantes son cianuro, metales pesados y mercurio. Las fuentes ms significativas de estos contaminantes son las colas descargadas directa o indirectamente en los ros, por los sistemas de disposicin inadecuados. La descarga de estos contaminantes ha provocado la extincin de toda forma de vida superior en ciertos tramos del ros; adems, en varios lugares, la mala calidad del agua imposibilita su uso como agua potable, para irrigacin o criaderos acuticos

III. AMBITO DE ESTUDIO, OBJETIVOS Y FINES3.1. MBITO Ro Huancapeti- Recuay.

3.2. OBJETIVOS Explicar el proceso de remediacin de aguas contaminadas con relaves mineros por medio de microorganismos.

3.3. FINES Aplicar los objetivos planteados sobre la biorremediacin en los efluentes ro Huancapeti en la cuidad de Recuay.

IV. FORMULACIN Y PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Variable independiente: Minera. Variable dependiente: Contaminacin de las aguas del ro Huancapeti.

4.1. FORMULACIN DEL PROBLEMALa contaminacin de las aguas por relaves minero en Huancapeti se pueden remediar utilizando microorganismos?

4.2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMANuestro pas, en el que la minera es uno de los principales recursos y forma de ingreso econmico. La regin Ancash, posee un alto porcentaje de minerales en diversos lugares, y la explotacin de este recurso lleva consigo la desmedida contaminacin del medio ambiente, principalmente del agua, que no solo causar problemas acuticos sino tambin a nivel social, en ese sentido se plantea como una alternativa de solucin la Remediacin de las aguas contaminadas por relaves mineros usando microorganismos capaces de hacerlo.

V. MARCO TERICO CONCEPTUAL5.1. ANTECEDENTESBiorremediacin de aguas contaminadas por metales pesadosMuchos metales desempean un papel especfico como microelementos para el desarrollo de determinadas funciones vitales en los seres vivos. Estos metales, participan como componentes de algunas enzimas, protenas estructurales y pigmentos, as como en el mantenimiento del balance inico y potencial de las clulas.Sin embargo, altas concentraciones de metales pesados suponen un riesgo y una amenaza para la vida. La contaminacin del agua, del suelo y del aire por metales pesados es un problema ambiental muy importante debido fundamentalmente a su toxicidad, persistencia, bioacumulacin, y efectos sinrgicos en la biota. El vertido incontrolado de residuos, industrias de transformacin de metales o la industria minera, son algunas de las actividades desarrolladas por el hombre y que pueden causar la contaminacin del suelo y de las aguas.Los drenajes cidos de minas son un problema ambiental de primer orden. Es necesario investigar para conseguir una adecuada gestin 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 extraccin y tratamiento del mineral.Adems de la importancia para el tratamiento de drenajes cidos de la minera, las aguas residuales urbanas tambin contienen metales pesados. La informacin acerca de la eliminacin de estos metales mediante el uso de humedales artificiales es muy limitada y se reduce a los metales ms comunes, como el cadmio, cobre, hierro nquel, plomo y zinc.Fuente: (Vymazal, 2005).

El tratamiento de aguas contaminadas por metales pesados tiene como principal objetivo la reduccin o eliminacin 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 aplicacin de estrategias in situ con la finalidad de reducir costes y evitar la dispersin 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. As mismo, se han aplicado al tratamiento pasivo de contaminacin difusa incluyendo los drenajes cidos de minas. Su capacidad para eliminar metales de drenajes cidos de minas est documentada.Fuente: (Stoltz y Greger, 2002).

Se estima que a finales del siglo XX unos 100 humedales artificiales haban sido construidos para el tratamiento de drenajes cidos de la minera.Sin embargo, la eficacia de estos humedales para el tratamiento de aguas con metales pesados, y concretamente para los drenajes cidos de minas, ha sido variable y a menudo impredecible. Algunos investigadores incluso consideran los humedales artificiales como una tecnologa no sostenible para el tratamiento de esta agua debido a la naturaleza no biodegradable de los contaminantes.Fuente: (Kosolapov, et al, 2004).

La movilizacin e inmovilizacin de los metales en los humedales depende de diferentes procesos que de forma independiente o interactuando entre ellos hacen que el proceso de eliminacin de metales en los humedales sea muy complejo y no bien conocido.Por tanto, la eliminacin de metales pesados en humedales es el resultado de diferentes procesos biogeoqumicos, que incluyen procesos aerbicos y anaerbicos en la columna de agua, en la superficie de plantas vivas y en descomposicin y en el sustrato.Fuente: (Sobolewski, 1999).

Entre ellos est la sedimentacin, floculacin, absorcin, precipitacin, co-precipitacin, intercambio inico, complejacin, oxidacin y reduccin, la actividad microbiana, y la de las plantas. El que ocurran y con que intensidad unos u otros fenmenos depende del tipo de humedal construido, de los valores de pH, del estado Red-Ox, de la composicin del influente, de las especies vegetales presentes y de la actividad microbiana. Hay autores para los cuales en el caso de metales pesados la eliminacin o reduccin de su toxicidad se debe principalmente a procesos microbiolgicos.Fuente: (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 relacin con la contaminacin de las aguas, contribuyen a la formacin de compuestos insolubles y/o qumicamente inertes impidiendo as que estos contaminantes pasen a contaminar otros medios. Los mecanismos implicados en estos procesos son principalmente reacciones red-Ox, precipitacin, o la bioacumulacin y bioabsorcin de metales por parte de las bacterias.A pesar de las distintas experiencias e investigaciones realizadas en los ltimos aos muchos aspectos fundamentales sobre el funcionamiento de los humedales artificiales no se conocen todava. En particular, los mecanismos de eliminacin de los metales y las interacciones entre ellos son hoy en da un gran desconocido.5.2. BASE TERICA5.2.1. BiorremediacinLa biorremediacin puede definirse como el uso de organismos vivos, componentes celulares y enzimas libres, con el fin de realizar una mineralizacin, una transformacin parcial, la humificacin de los residuos o de agentes contaminantes y una alteracin del estado redox de los metales.

5.2.2. En qu consiste la biorremediacin?La naturaleza tiene mecanismos de autorregulacin. Cuando un ecosistema es daado o perturbado por la presencia de cualquier agente fsico, qumico o biolgico, ste utiliza mecanismos de recuperacin, como bacterias y hongos y algunas plantas y protistas como las algas que pueden degradar a los agentes dainos. La biorremediacin puede clasificarse in situ o ex situ. La primera consiste en tratar el material contaminado en el lugar en que se encuentra sin trasladarlo a otra parte. Algunos ejemplos de estas tecnologas consisten en operaciones de compostaje, la ventilacin biolgica, la filtracin por races o la estimulacin biolgica.En los procesos ex situ el material contaminado es trasladado a otro lugar para realizar o completar su descontaminacin. El tratamiento se efecta en un biorreactor donde se realiza el proceso en forma controlada, es decir se suministran nutrientes, se inoculan los microorganismos deseados, se mantiene una aireacin continua y se controla el pH y la temperatura, en los valores adecuados para el crecimiento de los microorganismos.El proceso de biorremediacin puede ser supervisado usando mtodos como la medicin del potencial redox en el suelo o el agua junto con la medicin del pH, temperatura, contenido de oxgeno, concentraciones de productos de degradacin (como el anhdrido carbnico).Pero la biorremediacin en el agua se ve afectada por la disponibilidad de nutrientes debido a que stos generalmente se encuentran en bajas concentraciones, por lo que generalmente es necesario adicionar fsforo y nitrgeno como forma de estimular el crecimiento de los microorganismos que potencialmente degradarn los compuestos txicos. Entre los procesos ms interesantes, la descomposicin microbiana de hidrocarburos es de considerable importancia econmica y ambiental. Los hidrocarburos varan en su habilidad de ser degradados y sus derrames en el agua tienden a formar lminas en la superficie en donde el viento y el oleaje crean microscpicas emulsiones. Esto permite que los microorganismos predominantemente bacterias (pseudomonas, corinebacterias y micobacterias), algunas levaduras y hasta algas verdes tengan una mayor superficie de contacto con la partcula, facilitando el acceso a la misma y permitiendo su degradacin.No todos los contaminantes son fciles de biorremediar por medio de microorganismos. Por ejemplo, los metales pesados como el cadmio y el plomo y el mercurio no son absorbidos o capturados por estos organismos. La incorporacin de algunos de estos metales dentro de la cadena alimentaria (bioacumulacin) agrava el problema. Se puede usar la remediacin por medio de plantas o fitorremediacin. Es muy til en estos casos porque es posible usar plantas transgnicas que concentren estas toxinas en sus partes areas (sobre la tierra), las cuales pueden ser cosechadas y eliminadas.

5.2.3. Impacto ambiental

El impacto ambiental de los contaminantes metlicos en las aguas es estrictamente dependiente de la capacidad de complejamiento de stos con componentes del medio ambiente y su respuesta a las condiciones fisicoqumicas y biolgicas de su entorno. Los metales son especies qumicas no degradables. Por tal motivo, una vez volcados al medio ambiente, slo pueden distribuirse entre los entornos aire - agua - suelo, a veces cambiando su estado de oxidacin, o incorporarse a los seres vivos. Los procesos de adsorcin y la formacin de complejos en medios naturales son responsables de que la mayor parte de los vestigios de metales pesados se acumulen en los slidos en suspensin, incorporndose rpidamente a los sedimentos, donde se presentan los mayores niveles de concentracin de estos contaminantes. Como resultado de estas interacciones, los sedimentos juegan un papel muy importante en la regulacin de la calidad del agua. Por su parte, las aguas intersticiales, en contacto directo con los sedimentos, actan como fuente o sumidero de estos contaminantes y en ellas se observan concentraciones intermedias entre las aguas superficiales y los sedimentos. (1)(1)Revista:Qumica Viva. Vol. 2, nmero 3, 2003.quimicaviva@qb.fcen.uba.ar

5.2.3. La utilidad de los microorganismosEl empleo de microorganismos en medios definidos en procesos de descontaminacin es conocido, sin embargo las interacciones que suceden en ellos necesitan ms estudios, por ejemplo el efecto de agregar nutrientes especficos a los ambientes mineros; aunque si existen experiencias agregando nutrientes para tratar compuestos txicos en otras actividades productivas.Es una alternativa para descontaminar los relaves de cianuracin, muchos de ellos son bacterias sulfato reductoras (BSR) que producen sulfuro de hidrgeno el cual reacciona con los sulfatos en solucin produciendo sulfuros de metal los cuales son estables y pueden precipitar, adems se conocen otros microorganismos con capacidad de degradar cianuro.Fuente: HURTADO, Jasmn y BERASTAIN, Arturo. Optimizacin de la biorremediacin en relaves. Lima: Revista peruana de biologa, 2012.

5.2.4. Movilizacin de los metales pesadosa. BiolixiviacinEste mecanismo de solubilizacin es utilizado en la industria minera. Por intermedio de la accin microbiana, los metales presentes en los minerales resultan extrados en fase acuosa. Tal es el caso de la obtencin de Cu por la oxidacin de las menas de Cu2S (calcocita) a CuSO4 por intermedio de la accin de las bacterias Thiobacillus ferroxidans y Thiobacillus thiooxidans.

5.2.5. Inmovilizacin de metales pesadosDentro de la amplia diversidad microbiana, existen microorganismos resistentes y microorganismos tolerantes a metales. Los resistentes se caracterizan por poseer mecanismos de detoxificacin codificados genticamente, inducidos por la presencia del metal (27). En cambio, los tolerantes son indiferentes a la presencia o ausencia de metal. Tanto los microorganismos resistentes como tolerantes son de particular inters como captores de metales en sitios contaminados, debido a que ambos pueden extraer los contaminantes. La resistencia o tolerancia experimentada por microorganismos es posible gracias a la accin de diferentes mecanismos. Estos fenmenos son: biosorcin, bioacumulacin, biomineralizacin, biotransformacin y quimiosorcin mediada por microorganismos.

a. BiosorcinLa biosorcin es un fenmeno ampliamente estudiado en la biorremediacin de diversos metales pesados como el cadmio, cromo, plomo, nquel, zinc y cobre. Los microorganismos utilizados como biosorbentes, aislados a partir de ecosistemas contaminados, retienen los metales pesados a intervalos de tiempo relativamente cortos al entrar en contacto con soluciones de dichos metales. Esto minimiza los costos en un proceso de remediacin, ya que no requiere el agregado de nutrientes al sistema, al no requerir un metabolismo microbiano activo. La biomasa capaz de participar en estos procesos es fcilmente extrable de sistemas acuosos como cursos de aguas o efluentes de diversos orgenes, por lo que el proceso global de biorremediacin sera rentable. Es por ello que la bsqueda de este tipo de microorganismos se encuentra en crecimiento constante, junto con el estudio de sistemas biosorbentes como por ejemplo la utilizacin de consorcios microbianos, o sistemas mixtos formados por microorganismos y macromolculas (polmeros) sorbentes, que incrementaran los rendimientos en la captacin de mezclas de metales pesados.Los fenmenos de biosorcin se caracterizan por la retencin del metal mediante una interaccin fsicoqumica del metal con ligandos pertenecientes a la superficie celular. Esta interaccin se produce con grupos funcionales expuestos hacia el exterior celular pertenecientes a partes de molculas componentes de las paredes celulares, como por ejemplo carboxilo, amino, hidroxilo, fosfato y sulfhidrilo. Es un mecanismo de cintica rpida que no presenta una alta dependencia con la temperatura y en muchos casos puede estudiarse en detalle mediante la construccin de los modelos de isotermas de Langmuir y Freundlich.b. BioacumulacinEste mecanismo celular involucra un sistema de transporte de membrana que internaliza al metal pesado presente en el entorno celular con gasto de energa. Este consumo energtico se genera a travs del sistema H+-ATPasa. Una vez incorporado el metal pesado al citoplasma, ste es secuestrado por la presencia de protenas ricas en grupos sulfhidrilos llamadas metalotionenas o tambin puede ser compartimentalizado dentro de una vacuola, como ocurre en hongos.Algunos ejemplos de este proceso son muy interesantes, como el caso de acumulacin de uranio por la bacteria Pseudomonas aeruginosa, el cual fue detectado ntegramente en el citoplasma, al igual que en la levadura Saccaromyces cerevisiae.c. BiomineralizacinLos microorganismos son capaces de precipitar metales y radionuclidos como carbonatos e hidrxidos, mediante un mecanismo de resistencia codificado en plsmidos. Este mecanismo aparece por el funcionamiento de una bomba que expulsa el metal txico presente en el citoplasma hacia el exterior celular en contracorriente a un flujo de H+ hacia el interior celular. Esto produce una alcalinizacin localizada sobre la superficie celular externa y por lo tanto la precipitacin del metal pesado.Otra forma de precipitar los metales es a travs de la formacin de sulfuros o fosfatos, como resultado de alguna actividad enzimtica celular. Un ejemplo de ello es la precipitacin de sulfuros metlicos en reactores con cultivos mixtos de bacterias reductoras de sulfato o la acumulacin de CdS en la pared celular de las bacterias Klebsiella planticola y Pseudomonas aeruginosa.d. BiotransformacinEste es un proceso que involucra un cambio qumico sobre el metal pesado, como por ejemplo en el estado de oxidacin o metilacin. Esta transformacin biolgica de los metales pesados que resultan txicos mediada por enzimas microbianas puede dar como resultado compuestos poco solubles en agua o bien compuestos voltiles. El ejemplo ms claro es el ciclo del Hg en la naturaleza, donde la bacteria Pseudomonas aeruginosa puede reducir el catin Hg2+ a Hg0, y otros organismos pueden luego metilarlo dando como producto el CH3Hg+ y (CH3)2Hg, que son voltiles y an ms txicos que el propio Hg.

5.3. TRMINOS CONEPTUALES

5.3.1. El uso de microorganismos en biorremediacinLa biorremediacin es el proceso de limpieza de la contaminacin mediante el uso de organismos vivos en lugar de detergentes o mtodos de recoleccin. Los microbios son tiles en esta rea, ya que pueden usarse en un amplio rango de tipos de contaminacin. Algunos microbios se estn utilizando en la solucin de los problemas de contaminacin y ms especies de microorganismos se encuentran en estudio.

5.3.2. Fundamentos de la biorremediacinLos microorganismos necesitan tomar nutrientes de su entorno para crecer y dividirse. Los microbios metabolizan estos nutrientes, lo que significa que las sustancias que toma el microbio se rompen y el microbio excreta sustancias diferentes. En la biorremediacin, las sustancias que se excretan son menos dainas que el contaminante original. Bsicamente, los microbios se comen la contaminacin y limpian el rea.

5.3.3. Tipos de biorremediacinLos microorganismos realizar biorremediacin en alguna de las tres maneras existentes. A veces los microbios en una zona contaminada se adaptan a la contaminacin natural y la descomponen como parte de su fuente de alimento o se adaptan a las toxinas que le son suficientes para sobrevivir y convertir la contaminacin en sustancias que son inofensivas para los mismos microbios y otras formas de vida. Este sistema natural se llama atenuacin natural. Si los microbios no descomponen naturalmente el contaminante, la adicin de nutrientes puede estimular la biorremediacin. Este proceso se llama bio-estimulacin. Por ltimo, los seres humanos artificialmente pueden aadir una poblacin microbiana nueva a un zona para tratar el contaminante. Esto se conoce como bio-aumentacin.

5.3.4. VentajasLos microorganismos son relativamente baratos de producir y utilizar en comparacin con otras medidas de control de la contaminacin. El vertedero se reduce cuando el suelo contaminado no necesita ser eliminado y no se utilizan materiales para absorber o recoger el contaminante. Los microbios se auto replican y su uso tiende a ser ms respetuoso con medio ambiente y con menos efectos secundarios que otros mtodos de control.

5.3.5. DesventajasLos microorganismos en biorremediacin pueden tomar varios aos para limpiar completamente el rea contaminada. Incluso despus de que la limpieza se ha completado, los propios microorganismos pueden necesitar ser cosechados para eliminar contaminantes tales como el uranio que se ha almacenado en ellos. El clima tambin puede jugar un papel en la eficiencia del proceso, ya que los microbios aplicados pueden ser barridos o muertos a travs de una sequa.