ANTECEDENTES
Son muchos los elementos que deterioran el medio natural, y muchas las
actividades del hombre que tienen cons...
REMEDIACIÓN BIOLÓGICA
La remediación biológica es una interesante alternativa
que permite tratar, recuperar y/o restaurar ...
FITORREMEDIACIÓN
• La fitorremediación
constituye una
variación de las
técnicas de
remediación
biológica, pero se
concreta...
FITORREMEDIACIÓN
BIORREMEDIACIÓN
• Tecnología que emplea microorganismos naturales (levaduras,
hongos o bacterias) o manipulados genéticame...
BIORREMEDIACIÓN DE COBRE
• El cobre posee un importante papel biológico en la fotosíntesis de
las plantas, aunque no forma...
BIORREMEDIACIÓN DE COBRE
Toxicidad
• Niveles altos de Cu en el organismo pueden ser dañinos para la salud.
• Su inhalación...
BIORREMEDIACIÓN DE COBRE
• Los hongos – sobre todo los de la pudrición blanca – como el
Pleurotus ostreatus se han reporta...
BIORREMEDIACIÓN DE LA CONTAMINACIÓN
POR MERCURIO
MERCURIO: ¿Qué es?
• El mercurio (Hg) o azogue es un metal pesado plateado.
• A temperatura ambiente se presenta como un l...
MERCURIO: actividad antropogénica
• Se conocen múltiples usos ya sea con propósitos industriales, medicinales y
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• Como ya se ha indicado, el mercurio y en especial su forma orgánica
– metilmercurio – es una potente neurotoxina capaz d...
• Se reporta la existencia de numerosas tecnologías que permitan el
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• Ya sea in situ o ex situ, la biorremediación de mercurio ha probado
ser una tecnología efectiva para el tratamiento de l...
Tratamiento Microbiano
• Las bacterias resistentes al mercurio (MRB – Mercury-resistant bacteria)
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Formación de HgS insoluble
El sulfuro de mercurio (HgS) puede formarse por la reacción directa de
Hg2+ con el Hg2S produci...
MERCURIO: REMEDIACIÓN BIOLÓGICA (cont.)
Metilmercurio: Biorremediación
• Actividades humanas como la quema de carbón han producido toneladas de mercurio
iónico qu...
MERCURIO: REMEDIACIÓN BIOLÓGICA
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Presentación realizada el 04de Julio 2014 a los alumnos del 3er Ciclo de Ingeniería Ambiental de la Universidad Privada del Norte - Los Olivos

Biorremediacion UPN 2014

  1. 1. ANTECEDENTES Son muchos los elementos que deterioran el medio natural, y muchas las actividades del hombre que tienen consecuencias negativas en los recursos naturales de la Tierra. Cada vez es mayor el número de alarmas que se disparan para alertarnos de los riesgos, no existe ningún medio que no esté afectado, o con grandes posibilidades de afectarse, y no existe ninguna solución que garantice la plena resolución de los peligros. El vertido de sustancias tóxicas se hace cada año más incalculable. Miles de compuestos químicos, creados en laboratorios, alteran el funcionamiento de los ecosistemas y atentan contra la salud de sus habitantes: efluentes agrícolas, residuos industriales y accidentes industriales, contaminan aguas superficiales, suelos, aire, corrientes acuosas, y los reservorios. Son cada día mayores las conexiones entre contaminación y salud, ya nadie duda que un ambiente contaminado provoca numerosas enfermedades, desde las relacionadas con la piel o el aparato respiratorio (alergias, dermatitis, asmas), a procesos mucho más graves de tipo degenerativo.
  2. 2. REMEDIACIÓN BIOLÓGICA La remediación biológica es una interesante alternativa que permite tratar, recuperar y/o restaurar cursos de aguas y suelos contaminados de metales, productos orgánicos, y demás polución industrial. Dos tipos: • Fitorremediación • Biorremediación
  3. 3. FITORREMEDIACIÓN • La fitorremediación constituye una variación de las técnicas de remediación biológica, pero se concreta en el «uso de plantas verdes dirigidas a liberar, contener, o transformar en compuestos inocuos a los contaminantes del suelo».
  4. 4. FITORREMEDIACIÓN
  5. 5. BIORREMEDIACIÓN • Tecnología que emplea microorganismos naturales (levaduras, hongos o bacterias) o manipulados genéticamente para degradar sustancias peligrosas en otras menos tóxicas o inofensivas para el medio ambiente y para la salud humana. • Se basan en la digestión de las sustancias orgánicas e inorgánicas por los microorganismos. • Requiere de condiciones adecuadas de pH, presencia de nutrientes en suelo y agua: temperatura; humedad, textura y estructura del suelo; y concentración de los contaminantes. • Se consideran procesos de biosorción, biorreducción, biodegradación, bio-acumulación, entre otros.. • La biorremediación bacteriana se ha convertido en una nueva alternativa para atacar de manera directa muchos de los problemas de contaminación que presentan los suelos y las aguas. • Ventajas • Eliminación permanente de la contaminación. • Aceptación por la sociedad. • Mínima alteración del lugar. • Puede acoplarse con otros procedimientos descontaminantes.
  6. 6. BIORREMEDIACIÓN DE COBRE • El cobre posee un importante papel biológico en la fotosíntesis de las plantas, aunque no forma parte de la composición de la clorofila. • El cobre contribuye a la formación de glóbulos rojos y al mantenimiento de los vasos sanguíneos, nervios, sistema inmunitario y huesos y por tanto es un oligoelemento esencial para la vida humana. • Se encuentra en una gran cantidad de alimentos habituales de la dieta tales como ostras, mariscos, legumbres, vísceras y nueces entre otros, además del agua potable y por lo tanto es muy raro que se produzca una deficiencia de cobre en el organismo. • El desequilibrio de cobre ocasiona en el organismo una enfermedad hepática conocida como enfermedad de Wilson.
  7. 7. BIORREMEDIACIÓN DE COBRE Toxicidad • Niveles altos de Cu en el organismo pueden ser dañinos para la salud. • Su inhalación puede producir irritación de las vías respiratorias. • La ingesta produce náuseas, vómitos y diarrea. Un exceso de cobre en la sangre puede dañar el hígado y los riñones, e incluso causar la muerte. Ingerir por vía oral una cantidad de 30 g de sulfato de cobre es potencialmente letal en los humanos. • Para las actividades laborales en las que se elaboran y manipulan productos de cobre, es necesario utilizar medidas de protección colectiva que protejan a los trabajadores. El valor límite tolerado es de 0,2 mg/m³ para el humo y 1 mg/m³ para el polvo y la niebla. • El cobre reacciona con oxidantes fuertes tales como cloratos, bromatos y yoduros, originando un peligro de explosión. Además puede ser necesario el uso de equipos de protección individual como guantes, gafas y mascarillas. Además, puede ser recomendable que los trabajadores se duchen y se cambien de ropa antes de volver a su casa cada día.52 • La OMS en su Guía de la calidad del agua potable recomienda un nivel máximo de 2 mg/l. El agua con concentraciones de cobre superiores a 1 mg/l puede ensuciar la ropa al lavarla y presentar un sabor metálico desagradable.
  8. 8. BIORREMEDIACIÓN DE COBRE • Los hongos – sobre todo los de la pudrición blanca – como el Pleurotus ostreatus se han reportado como buenos acumuladores de cobre, además de cadmio, mercurio, plomo y zinc. • Estudios realizados en Argentina, demuestran que algunas cepas de la bacteria Escherichia coli, en un proceso ex situ, podrían ser eficientemente utilizadas para detoxificar suelos o aguas contaminados con cobre. • Una cepa de Cryptococcus agrionensis fue capaz de captar 15,8 mg de cobre por gramo de levadura, además de retener otros metales.
  9. 9. BIORREMEDIACIÓN DE LA CONTAMINACIÓN POR MERCURIO
  10. 10. MERCURIO: ¿Qué es? • El mercurio (Hg) o azogue es un metal pesado plateado. • A temperatura ambiente se presenta como un líquido inodoro (no tiene olor). • En la naturaleza, puede ser encontrado en suelo, agua y aire, bajo la forma de mercurio elemental (metálico), inorgánico y orgánico. • Las formas naturales más comunes son el mercurio elemental, sulfuro de mercurio o cinabrio, cloruro y metilmercurio. • Se debe precisar que la forma tóxica de interés es el metilmercurio (CH3Hg+), que se biomagnifica fácilmente como parte de la cadena alimenticia, poniendo en riesgo los ecosistemas y la salud pública, al acumularse en los tejidos blandos, especialmente de peces en áreas donde se realiza explotación minera ilegal. Complejos org nicos e inorg nicos矣 HgS SEDIMENTO Hg(0) Hg+2 CH3Hg + CH3HgCH3 AGUA Hg(0) Hg+2 CH 3 Hg + CH3HgCH3 AIRE Hg(0) Hg+2 PECES CH3HgCH3
  11. 11. MERCURIO: actividad antropogénica • Se conocen múltiples usos ya sea con propósitos industriales, medicinales y cosméticos. En la actualidad, su empleo involucra la producción de cloro- alcalis, en la fabricación de cables e interruptores eléctricos, en instrumentos de medición y control y en usos dentales.
  12. 12. • Como ya se ha indicado, el mercurio y en especial su forma orgánica – metilmercurio – es una potente neurotoxina capaz de menoscabar el desarrollo neurológico en fetos y en niños pequeños además de provocar daño en el sistema nervioso central de los adultos. Adicionalmente, las altas exposiciones al mercurio inorgánico pueden dañar el sistema digestivo, el sistema nervioso y los riñones. Tanto el mercurio orgánico como el inorgánico son absorbidos vía el tracto gastrointestinal y desde aquí afectar a otros sistemas. • De otro lado, el mercurio elemental puede ser origen de efectos negativos en la salud cuando son aspirados bajo la forma de vapor y depositados en los pulmones. Esto puede ser consecuencia de una exposición a derrames de mercurio o a la ruptura de materiales que lo contienen y exponen al metal al aire, particularmente en habitaciones cálidas o pobremente ventiladas. MERCURIO: toxicidad
  13. 13. • Se reporta la existencia de numerosas tecnologías que permitan el tratamiento de mercurio, entre las que se indican la precipitación; coagulación/coprecipitación, y la adsorción con carbón activado. • Adicionalmente, se tiene el intercambio iónico que históricamente ha estado limitado al uso de resinas aniónicas para procesar aguas residuales industriales con contenido de mercurio inorgánico. • Otras tecnologías incluyen la reducción química, separación por membranas, técnicas emergentes como adsorción de macrociclos, extracción por membranas y el tratamiento biológico. MERCURIO: TÉCNICAS DE REMEDIACIÓN
  14. 14. • Ya sea in situ o ex situ, la biorremediación de mercurio ha probado ser una tecnología efectiva para el tratamiento de la contaminación con este metal. • El proceso se basa fundamentalmente en la capacidad de ciertos grupos biológicos de soportar altas concentraciones de mercurio presentes en los medios donde se encuentran. • Los mecanismos de esta resistencia se encuentran codificadas en genes que les permite modificar la forma contaminante – usualmente el metilmercurio – y transformarlo en una forma menos tóxica o en mercurio elemental. • Adicionalmente, puede presentarse una acumulación o retención del químico en la biomasa microbiana. •En los últimos tiempos existe una tendencia a realizar mejoramiento genético a ciertas especies vegetales (transgénicos) para que presenten la capacidad de tolerar altas concentraciones de mercurio en el suelo y eliminar – o disminuir – su capacidad tóxica. MERCURIO: REMEDIACIÓN BIOLÓGICA
  15. 15. Tratamiento Microbiano • Las bacterias resistentes al mercurio (MRB – Mercury-resistant bacteria) están ampliamente distribuidas en la naturaleza, totalizando aproximadamente entre el 1- 10% del total de bacterias heterotróficas aeróbicas. • Su presencia está correlacionada con el nivel de contaminación mercurial en un ambiente, aunque también pueden ser aisladas en ambientes no contaminados. Mecanismos de biorremediación Los microorganismos pueden sobrevivir a elevadas concentraciones de sales mercuriales debido a diferentes mecanismos. a.- Reducción enzimática a Hgº y volatilización El mecanismo más común de resistencia al mercurio en las bacterias es la reducción enzimática de iones de mercurio bivalente (Hg2+) a su forma elemental (Hgº) por la flavoenzima citoplasmática mercurio-reductasa. El mercurio elemental parece ser eliminado por difusión pasiva desde la célula bajo condiciones fisiológicas normales. La consiguiente volatilización del mercurio remueve este material del ambiente circundante antes de que ocurra una re-oxidación. MERCURIO: REMEDIACIÓN BIOLÓGICA
  16. 16. Formación de HgS insoluble El sulfuro de mercurio (HgS) puede formarse por la reacción directa de Hg2+ con el Hg2S producido anaeróbicamente por la bacteria Clostridium cochlearium; aunque también se reporta la capacidad de Klebsiella aerogenes de producir HgS. Remoción de mercurio en aguas residuales Las bacterias también presentan la capacidad de remover el mercurio presente en aguas residuales. Las investigaciones(4) reportan que la capacidad de Klebsiella pneumoniae de usar tres distintos mecanismos para la remoción de mercurio. El primero de ellos, es la reducción enzimática y volatilización de mercurio debido a la presencia del determinante de resistencia a mercurio Tn5073. El segundo mecanismo, es la precipitación aeróbica de Hg2+ como HgS insoluble como resultado de la producción de H2S. La tercera ruta es la biomineralización de Hg2+ como un complejo mercurio-azufre insoluble mas que como HgS, debido probablemente a la producción aeróbica de un compuesto thiol volátil. MERCURIO: REMEDIACIÓN BIOLÓGICA (cont.)
  17. 17. MERCURIO: REMEDIACIÓN BIOLÓGICA (cont.)
  18. 18. Metilmercurio: Biorremediación • Actividades humanas como la quema de carbón han producido toneladas de mercurio iónico que es rápidamente convertido a metilmercurio por microbios presente en los sedimentos. Esta contaminación es peligrosa debido a que el metilmercurio se acumula en los tejidos vivos, donde es altamente tóxico. •La toxicidad del metilmercurio fue observada por primera vez a gran escala en Japón (50’s) debido al consumo de pescado contaminado de la bahía de Minamata, causada por la descarga de una fabrica de productos químicos cercana y que producia desechos con altas concentraciones de mercurio iónico, el que fue convertido en metilmercurio y se acumuló en los peces. •Bacterias especializadas pueden desarrollar de manera natural en ambientes contaminados con metilmercurio graciuas a la enzima degradadora de metilmercurio llamada MerB, con habilidad de de romper los enlaces mercurio-carbono, convirtiéndola en crucial en los esfuerzos para limpiar este compuesto de cursos de agua contaminadas. •Debemos indicar que cepas selectas de bacterias son resistentes a compuestos mercuriales debido a la adquisición de un elemento genéticamente transferible conocido como el operon mer, un dedicado conjunto de genes resistentes al mercurio que son autorregulados por la proteína MerR enlazada al ADN. Las bacterias resistentes al mercurio iónico y el metilmercurio codifican proteínas que regulan el transporte de mercurio (MerA, MerP y MerT) y la degradación del metal (MerA y MerB). MERCURIO: REMEDIACIÓN BIOLÓGICA (cont.)
  19. 19. MERCURIO: REMEDIACIÓN BIOLÓGICA

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