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Título: Biorremediación del Agua
Resumen:
La biorremediación es una biotecnología que consiste en emplear
microorganismos y plantas para la degradación y descontaminación de suelos y
aguas. Esta puede llevarse a cabo de dos maneras: in situ y ex situ cada una con
sus ventajas y desventajas según el meto que se utilice: degradación enzimática,
degradación microbiana y fitorremediación.
La biorremediación resulta una técnica altamente atractiva ya que su costo a
comparación de los tratamientos químicos generalmente utilizados suele ser de
muy económico y rentable.
En México los estudios realizados en esta materia han demostrado que la
biorremediación tiene una alta efectividad en la remoción de contaminantes tanto
en aguas como en suelos y se han empleado distintos organismos como son
microalgas, cianobacterias y bacterias fotosintéticas en diversos estudios
demostrando la efectividad de estas para degradar gran cantidad de
contaminantes encontrados en los mantos acuíferos y aguas residuales.
La biorremediación no es una técnica milagrosa y como todo tiene sus limitaciones
como son la contaminación con metales pesados que no son biodegradables o la
acumulación toxica de hidrocarburos livianos que disuelvan las membranas
celulares. Para ello se han buscado soluciones viables que a pesar de hacer más
lento el procedimiento logran tener una gran eficacia la mayoría de las veces.
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Marco teórico:
A inicios de la década de los 80 surge el término biorremediación, refiriéndose con
ello a la aplicación de estrategias biológicas así como fisicoquímicas cuyo objetivo
es degradar naturalmente ciertos compuestos que contaminen el medio ambiente,
considerando suelos, fangos y mares.
La posibilidad de aplicar técnicas biorremediativas se vislumbró gracias a la
observación científica de la capacidad degradativa de los microorganismos
además de su actividad patógena. Las primeras observaciones y estudios sobre la
Biorremediación se efectuaron en el petróleo, y posteriormente en organoclorados
y organofosforados.
En lo que a nuestro país respecta, se tienen estudios realizados por PEMEX
(Petróleos Mexicanos) y el IMP (Instituto Mexicano del Petróleo) registrados desde
1997, donde se detalla la situación de las costas contaminadas por petróleo en el
trópico mexicano y además, se considera a la Biorremediación como una de las
maneras más adecuadas para restaurar zonas contaminadas.
También, en México se cuenta con muchas empresas que cuentan con varios
métodos de remediación de ambientes contaminados, pero no fue hasta 1997,
cuando las autoridades ambientales decidieron verificarlas y certificarlas.
La biorremediación es una tecnología que utiliza el potencial metabólico de los
microorganismos (fundamentalmente bacterias, pero también hongos y levaduras)
para transformar contaminantes orgánicos en compuestos más simples poco o
nada contaminantes, y, por tanto, se puede utilizar para limpiar terrenos o aguas
contaminadas (Glazer y Nikaido, 1995).
Actualmente, la biorremediación es considerada una rama de la biotecnología que
emplea no sólo microorganismos, sino también enzimas y organismos vegetales
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para degradar compuestos que desequilibren al ambiente y así, poder solucionar
la problemática de contaminación de nuestras aguas y suelos.
Los tratamientos necesarios para la biorremediación tienen la ventaja de ser más
económicos, su efecto en el ambiente es mínimo, y funcionan de manera más
eficaz que los métodos químicos.
Los procesos de biorremediación básicamente pueden ser:
1. Degradación enzimática:
2. Remediación microbiana
3. Fitorremediación
Problema:
Es evidente el impacto que ha tenido la actividad humana en nuestros cuerpos de
agua; están siendo afectados por diversos agentes, tales como: pesticidas,
herbicidas, hidrocarburos de todo tipo, así como desechos industriales y
domésticos entre otros; los cuales han generado un incremento significativo de
sedimentos, materiales suspendidos, microorganismos patógenos y materia
orgánica.
Lo anterior esta aunado a modificaciones de temperatura, impedimento del paso
de luz y contaminación por sustancias radiactivas.
La intención de este trabajo es proponer una nueva alternativa para resolver los
problemas de contaminación que aquejan los ríos, canales y mantos acuíferos de
la Ciudad de México.
Para ello, la Biorremediación, constituye una solución viable para frenar e ir
paulatinamente revirtiendo el grado de contaminación que sufren cuerpos de agua
como: el Río Lerma, el Río Magdalena, Canal de Chalco, Canal Nacional, el Río
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Balsas, el Río Moctezuma, El Lago de Chapultepec, los Canales de Xochimilco,
entre otros.
Objetivos:
1. Dar a conocer el proceso de la Biorremediación.
2. Reconocer esta problemática en la Ciudad de México, en particular
3. Mediante el análisis e interpretación de la información disponible, plantear las
ventajas de la Biorremediación como alternativa de solución.
Desarrollo:
El agua es uno de los recursos más importantes que existen, sin embargo es
usada de una forma descuidada bajo el pretexto de que es prácticamente
inagotable; provocando así una sobreexplotación de los mantos acuíferos como
también una descontrolada contaminación hasta llegar al grado de inutilizar estos
cuerpos de agua destruyendo así sus ecosistemas.
Dentro de los agentes contaminantes responsables de este daño a nuestros
sistemas acuáticos tenemos: compuestos químicos como refrigerantes,
disolventes, plásticos, detergentes; así como hidrocarburos de todo tipo (alifáticos,
aromáticos, BTEX, PAHs, etc.), hidrocarburos clorados (PCBs, TCE, PCE,
pesticidas, herbicidas, etc.), compuestos nitroaromáticos los cuales son
considerados carcinógenos (TNT y otros), metales pesados, compuestos
organofosforados, cianuros, fenoles, entre otros.
Es así, como la Biotecnología se ha encargado del estudio de problemas
ambientales como éste, con el propósito de desarrollar nuevas alternativas que
sean útiles para tratarlos. Gracias a la aparición de nuevas tecnologías y un mejor
conocimiento de los organismos, surge la Biorremediación: el uso de seres vivos
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para eliminar o neutralizar sustancias contaminantes y nocivas del medio
ambiente.
A continuación se detallan los diferentes tipos de biorremediación que existen:
• Degradación enzimática
Las sustancias contaminantes son degradadas a través de enzimas producidas
por bacterias modificadas genéticamente o de manera natural.
El proceso ocurre de la siguiente manera:
Se introducen las enzimas al medio contaminado para que hidrolicen o rompan
polímeros complejos y después intervengan los microorganismos para terminar de
degradarlos. Como ejemplos se pueden citar: las lipasas (enzimas que degradan
lípidos), las proteinasas (hidrolizan proteínas) y las amilasas (degradan almidón).
También, existen enzimas con capacidad para degradar compuestos altamente
nocivos, los cuales no pueden tratarse con microorganismos debido a que las
condiciones del medio (altamente tóxicas), no les permiten desarrollarse.
Un caso de este tipo de enzimas es la peroxidasa, que degrada fenoles y aminas
aromáticas presentes en aguas residuales de gran cantidad de industrias.
• Remediación microbiana
Los microorganismos utilizados para la biorremediación de aguas contaminadas
pueden ser los autóctonos, es decir, los que ya se encuentran presentes en el
medio; o bien, ser introducidos de otros ecosistemas.
La reducción de la polución ocurre gracias a los procesos metabólicos de los
microorganismos, donde éstos toman como fuente de carbono a los
contaminantes del sistema, así como nutrientes (fósforo, nitrógeno, entre otros)
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para transformarlos en compuestos más pequeños y menos nocivos o bien,
degradarlos totalmente en dióxido de carbono y agua.
Otra forma de mejorar las condiciones de un cuerpo de agua contaminado, es el
uso de biopelículas, que son organizaciones microbianas (ya sean bacterias,
hongos y protozoos) que se adhieren a las superficies ya que secretan un
exopolímero. Gracias a ellas, las sustancias orgánicas de los desechos se
degradan a dióxido de carbono, gas metano y otros nutrientes inorgánicos. Este
tratamiento de aguas residuales se da dentro del fondo de un tanque cuyo interior
contiene lodos o agregados de biopelículas unidos a partículas muy pequeñas. A
continuación ocurre la degradación anaeróbica de los sustratos orgánicos en el
lodo y allí mismo se genera gas metano como uno de los productos finales (que
puede utilizarse para generar energía). Finalmente, el residuo del lodo y las
células bacterianas se pueden secar y ocupar posteriormente como abono para la
tierra.
Otro agente contaminante que pueden ayudar las biopelículas a eliminar son los
hidrocarburos, pues las bacterias oxidantes (como Pseudomonas, corinebacterias
y micobacterias) y algunas levaduras tienen la capacidad de adherirse a las gotas
insolubles de éstos y de lograr la dispersión de la capa que forman.
Sin embargo, se requieren condiciones especiales de oxígeno, temperatura, pH,
nutrientes, para que la biorremediación con biopelículas se pueda llevar a cabo.
Igualmente, la participación de las biopelículas para tratar compuestos usados
como disolventes para limpieza como los alcanos y alquenos clorados se da por
medio del desarrollo de biobarreras que consisten en agrupaciones de biopelículas
constituyendo una barrera impermeable para impedir el flujo del agua contaminada
a otros sistemas.
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Como ejemplo de lo anterior, se puede mencionar la implementación de hongos
ligninolíticos, que ha demostrado ser útil para la degradación de compuestos
nitrados.
Cuando la acumulación de sustancias tóxicas o no biodegradables (por ejemplo,
los metales pesados) es demasiada, no es conveniente utilizar este tipo de
biorremediación debido a que se ve afectada e inhibida la colonización y
crecimiento de los microorganismos.
La degradación de moléculas muy resistentes puede llevarse a cabo gracias a
microorganismos genéticamente mejorados.
Este tipo de biorremediación es una buena alternativa gracias a la gran variedad
de microorganismos que existen para descontaminar y por ello, actualmente se
está investigando exhaustivamente en esta materia.
• Fitorremediación
Durante este proceso se aprovechan las capacidades que tienen ciertas especies
de organismos vegetales para absorber, acumular y tolerar grandes cantidades de
contaminación; estas capacidades se pueden adquirir por modificación genética o
ser naturales.
El procedimiento en que consiste se explica a continuación:
Se siembra la planta que extraerá el contaminante o contaminantes deseados en
el cuerpo de agua. Después de un tiempo determinado, la biomasa es cosechada
e incinerada si es el caso, o se trata de diferente manera dependiendo del
contaminante que sea. Así, se evita que los contaminantes extraídos por las
plantas sean transmitidos a través de las cadenas alimentarias hacia otros seres
vivos.
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Cabe mencionar que la degradación con plantas resulta ser mucho más rápida en
algunos casos que con el empleo de microorganismos.
Cabe mencionar la importancia de la aplicación del humus para estimular la
biorremediación de sitios contaminados ya que este recurso es muy ventajoso
pues es muy abundante y obtenerlo no es muy costoso, además de que hay que
considerar sus propiedades inertes, es decir, que al introducírsele a un ambiente
contaminado no ocasiona que intermediarios o productos indeseables se
acumulen.
La biorremediación puede llevarse a cabo de dos maneras:
• In situ: consiste en tratar las aguas, suelos y demás lugares contaminados sin
sacarlos del lugar en que se encuentran.
• Ex situ: consiste en llevar a cabo los procesos de tratamiento tras la excavación o
extracción del medio contaminado.
Estudios realizados en el Instituto Mexicano del Petróleo han demostrado el gran
potencial que la aplicación de las tecnologías de biorremediación en lugares
contaminados.
El estudio se realizo en tres etapas:
En la primera se llevo a cabo la identificación y caracterización de la
contaminación del lugar de estudio en este caso, en Cárdenas, Tabasco. En este
sitio se realizaron también los parámetros físicos, químicos y también
microbiológicos, así como la selección de residuos en calidad de mejoradores a
utilizar durante el estudio.
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La segunda etapa del proyecto involucro varias pruebas de tratabilidad para
seleccionar y establecer las mejores condiciones para removerlos hidrocarburos
contaminantes del área. Los resultados permitieron escoger las variables que
mejoraron de forma importante la degradación de hidrocarburos y establecer las
variables más importantes para maximizar estos valores.
La tercera etapa consistió en aplicar varias técnicas de biorremediación en varios
sistemas. Los resultados obtenidos demostraron una gran efectividad de los
métodos de biorremediación en la degradación de hidrocarburos derivados del
petróleo ya que se logro una reducción máxima del 94% después del tratamiento,
respecto a la concentración inicial.
PAPEL DE LAS MICROALGAS EN LA BIORREMEDIACION DE AGUAS
CONTAMINADAS.
Los contaminante orgánicos en el medio acuático son degradados naturalmente
por diversos microorganismos, incluyendo algas las cuales que han demostrado
su gran capacidad para poder degradar y biotransformar distintos contaminantes
incluso lo aromáticos que se encuentran de manera muy común en aguas tanto
naturales expuestas a la contaminación como en aguas residuales.
La biorremediación asistida con microalgas es muy útil debido a su capacidad
fotosintética, que les permite convertir la energía solar en biomasa, que incorpora
o contiene nutrientes como nitrógeno y fosforo causantes de la eutroficación.los
procesos que utilizan las microalgas y cianobacterias están enfocados
principalmente a remover los nutrientes y metales pesados presentes en las aguas
residuales.
Las microalgas y cianobacterias suministran de carbono reducido y nitrógeno a la
microbiota que se encuentra en los ecosistemas acuáticos, esto incrementa el
potencial de degradación y eliminación de contaminantes. Algunas algas,
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bacterias fotosintéticas y cianobacterias son útiles como indicadores de
contaminación por lo que tienen un uso práctico en pruebas de toxicidad.
LIMITACIONES DE LA BIORREMEDIACION
A este punto es importante mencionar que la biorremediación tiene sus
limitaciones y no se debe esperar una panacea. Aunque los hidrocarburos en el
intervalo de gasolina y diesel (n-alcanos) se biodegradan fácilmente, es
relativamente difícil la restauración de sitios altamente contaminados por
hidrocarburos poliaromáticos (HPAs) a través de la biorremediación (Atlas, 1986).
Otras limitantes de este proceso son las concentraciones tóxicas de los
hidrocarburos de bajo peso molecular, y las concentraciones altas de metales (que
no son biodegradables), así como también la alta concentración de hidrocarburos
pesados y sedimento de textura fina pero cada uno con soluciones propias.
A causa de esto se debe de considerar la biorremediación como una de las
alternativas de tecnologías para el saneamiento de sitios contaminados por
hidrocarburos.
De cualquier modo, usualmente se compensan estas limitaciones por el ahorro en
los costos, en comparación con otras tecnologías de restauración.
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Resultados:
Se sabe que existen varios procesos empleados actualmente para disminuir la
toxicidad y contaminación de aguas, la siguiente tabla muestra sus principales
desventajas:
Ahora, dando el enfoque a la Biorremediación, gracias a que se investigó sobre
ella, se logran presentar sus ventajas y desventajas, listadas a continuación:
Ventajas:
� Es una alternativa económica, pues las plantas utilizadas en la
fitorremediación actúan como extractores de bajo costo.
� Se pueden descontaminar grandes superficies.
� No se transfiere o se hace en cantidades mínimas, la contaminación de un
sistema a otro.
� En la mayoría de los casos no necesita de componentes mecánicos o
estructuras en particular.
� Es económica.
� La sociedad la acepta más fácil pues es una alternativa natural.
Desventajas:
� En el caso de la fitorremediación, los procesos pueden durar mucho tiempo
además de que se requieren aguas poco profundas para que ocurra de
manera eficaz.
TÉCNICA DESVENTAJAS
Uso de químicos que reduzcan
nutrientes contaminantes.
Muy costosa y poco efectiva
Plantas de tratamiento de aguas Sólo remueven aproximadamente el
9% de la contaminación y un alto
costo
Sedimentación y Tamizado Sólo retiran partículas sólidas.
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� En los otros tipos de biorremediación es complejo predecir el periodo de
tiempo que durará el proceso.
� Si la degradación no se completa correctamente, los intermediarios
metabólicos resultantes pueden ser igualmente o más tóxicos que los
compuestos iniciales.
� Es muy laborioso controlar y darle seguimiento a la velocidad y extensión
del proceso.
Es de esta manera, como la realización del presente trabajo permite además de
informar sobre el proceso biorremediativo, saber que esta tecnología es superior
en la mayoría de los aspectos a los demás métodos utilizados comúnmente.
Análisis e interpretación de resultados:
En este trabajo se logra presentar la Biorremediación como una alternativa mucho
más viable a comparación con las técnicas utilizadas más comúnmente, para
recuperar las aguas contaminadas de nuestra capital y para tratamientos de
residuos tanto industriales como domiciliarios.
Además, es importante conocer que con la aplicación de técnicas
biorremediativas, se disminuiría la consecuente filtración de los contaminantes a
las aguas subterráneas, que constituyen nuestra reserva de agua potable.
Finalmente, y como parte de esta solución, se considera como aspecto vital para
el éxito de esta innovadora alternativa, inculcar y reforzar una cultura ambiental
dentro de los ciudadanos del Distrito Federal, considerando en gran medida el
cuidado y responsable uso del agua. Pues este es un factor que en estos días se
ha dejado muy de lado y no se ha logrado que la sociedad reaccione ante esta
fuerte problemática de manera favorable.
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Conclusiones:
La biorremediación es una alternativa rentable al problema que enfrenta México
actualmente en materia de contaminación.
A pesar de tener limitaciones como lo es el tiempo, éstas son compensadas tanto
en efectividad como en costo y beneficio.
Sin embargo la complejidad de las interacciones entre microorganismos y
contaminantes así como su composición y distribución hace difícil el poder
determinar su capacidad para degradar los contaminantes.
Sería muy benéfico para nuestra ciudad, tomar como nueva técnica para el
tratamiento de nuestras aguas la Biorremediación, pues los recursos tanto
naturales como económicos que requiere su implementación están a nuestro
alcance y sería muy ventajoso para mejorar la calidad de las aguas capitalinas.
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