Trabajo colaborativo Biotecnología Ambiental.

1. APLICACIÓN DE LA BIOTECNOLOGÍA AMBIENTAL: FITORREMEDIACIÓN EN
AGUAS RESIDUALES
REPORTE Y ANÁLISIS
ESTUDIO DE CASO: GENERACIÓN DE RESIDUOS SÓLIDOS EN EL CENTRO
AGROINDUSTRIAL DEL META, SEDE HACHÓN
DEYA AMPARO PÉREZ ZÚÑIGA
JUAN PABLO MEDINA RODRÍGUEZ
JORGE MUÑOZ BARRAGÁN
Estudiante
JORGE WILLIAM ARBOLEDA
Docente
UNIVERSIDAD DE MANIZALES
FACULTAD DE CIENCIAS CONTABLES, ECONÓMICAS Y ADMINISTRATIVAS
MAESTRÍA EN DESARROLLO SOSTENIBLE Y MEDIO AMBIENTE
BIOTECNOLOGÍA AMBIENTAL
MANIZALES
2019

2. INTRODUCCIÓN
El uso de los recursos hídricos en la ciudad provoca la disminución de la calidad, Las
actividades humanas como industriales provocan un impacto ambiental significativo, en la
actualidad se proponen tratamientos de agua residual de acuerdo con las características
químicas y biológicas del vertimiento.
Existen diferentes tecnologías para el tratamiento de aguas residuales industriales, cuyo
objetivo es disminuir o eliminar la propiedad tóxica de estos compuestos y poder verter
estás residuos cumpliendo los requerimientos legales.
La procedencia de estos vertimientos es la evacuación de residuos animales y vegetales,
detergentes y partículas, y de las actividades generales de los hogares del cual provienen
residuos de celulosa, almidón e insecticidas, entre otros.
En Colombia aproximadamente 300 municipios realizan tratamiento del agua que
consumen y 450 municipios no tienen Planta de Tratamiento, esto causa que se cerca de
1300 cuerpos de agua sean contaminados con vertimientos municipales (Ruiz, 2012).
En la actualidad, existen varios tratamientos de aguas residuales, van desde tratamientos
primarios, donde solamente se mejoran sus características físicas, hasta tratamientos
terciarios que permiten el rehusó de estas aguas en actividades del hombre.
La fitorremediación es una alternativa de tratamiento de aguas residuales qué es
económica en cuanto su operación y mantenimiento, ya que no requiere energía y es
eficiente para reducir la carga contaminante. La biotecnología ambiental responde a este
problema medioambiental con la aplicación específica de la fitorremediación.
Para la la Agencia de Protección Ambiental - EPA (1996) técnicas de fitorremediación se
caracterizan por ser una práctica de limpieza pasiva y estéticamente agradable que
aprovechan la capacidad de las plantas y la energía solar para el tratamiento
contaminantes del medio ambiente (Peña, 2001, citado por Arias, et al, 2010). Delgadillo,
et all (2011), expresa que la fitorremediación está definida como el aprovechamiento de
los mecanismos fisiológicos básicos que ocurren en las plantas en su proceso básico de
vida, como la transpiración, fotosíntesis, metabolismo, nutrición y retención, para la
depuración de contaminantes presentes en el agua, suelo u otro medio relacionado al
hábitat de las plantas.
Uno de los principales contaminantes del agua son los metales pesados, para la remoción
de este tipo de contaminantes existen diferentes técnicas entre ellas la fitorremediación
que hace parte de la biotecnología ambiental.

3. MÉTODOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Los procesos básicos para el tratamiento de aguas residuales incluyen el 1.
Pretratamiento. Remoción física de objetos grandes, la deposición primaria.
Sedimentación por gravedad de las partículas sólidas y contaminantes adheridos, el
tratamiento secundario—digestión biológica usando lodos activados o filtros de goteo que
fomentan el crecimiento de microorganismos y el tratamiento terciario—tratamiento
químico (por ejemplo, precipitación, desinfección). También puede utilizarse para realzar
los pasos del tratamiento primario (Reynolds, 2001).
Existen diferentes tipos de tratamientos para los vertimientos a continuación se realizará
una comparación entre los tratamientos físico químicos y biológicos existentes en la
actualidad, hay diferentes contaminantes que tiene el agua residual dependiendo de esas
características se puede proponer el tipo de tratamiento físico químico o biorremediación.
Tratamientos físico-químicos
En los tratamientos físico químicos intervienen reactivos químicos y factores físicos en el
resultado de este tratamiento se obtiene el sedimentos o lodos los cuales evalúa donde se
dispone de manera final de acuerdo a su toxicidad.
Tratamientos biológicos
Los tratamientos biológicos son los que utilizan la actuación de elementos vivos como
plantas o microorganismos, A eso se le llama biorremediación que es una rama de la
biotecnología y lo que busca es por medio de los seres vivos evitar el desequilibrio en el
medio ambiente.
Tratamiento biológico de aguas a través de Humedales
Los humedales son un poderoso tratamiento de aguas residuales, aparte de su capacidad
como para amortiguar componentes orgánicos e inorgánicos son proveedores muy
efectivos de nutrientes, esta capacidad es el mecanismo por el cual, de manera natural
mediante la actividad bioquímica microorganismos lograr el tratamiento de aguas
residuales por medio de diferentes procesos físicos químicos y biológicos.
Los procesos que ocurren dentro de un humedal son los siguientes:
 Sedimentación
 Absorción
 Interacción con la atmósfera y el medio circulante.

4. Dentro de un humedal existen varios procesos de remoción física, biológica y química, la
remoción física proporciona una alta remoción de contaminantes suspendidos en el
agua, en esta parte el agua se mueve lentamente por el humedal y debido al flujo laminar
y la resistencia las raíces se separa físicamente los sólidos suspendidos.
En cuanto a la remoción biológica es el proceso más importante la planta es capaz de
captar contaminantes en forma de nutrientes esenciales para las mismas, se remueve o
absorbe nitrato, amonio y fosfato, algunas plantas son capaces de captar metales tóxicos
como cadmio, cromo y plomo con la ayuda de microorganismos existente en el suelo.
En el proceso de remoción química es la absorción este proceso los iones presentes en
el agua se transfieren a la fase sólida (suelo) y se producen por un intercambio catiónico,
esto implica una unión física de los cationes a las partículas de la arcilla y materia orgánica
del suelo.
Los humedales construidos se han clasificado tradicionalmente en dos tipos: atendiendo a
si la circulación del agua es de tipo subterránea o superficial.
En los humedales de flujo superficial el agua está expuesta directamente a la atmósfera
y circula preferentemente a través de los tallos de las hidrofitas. Este tipo de humedales se
pueden entender como una modificación de lagunas de oxidación convencional con menor
profundidad (no más de 0,4 m) y con plantas acuáticas (Ramos, 2009).
En los humedales de flujo subsuperficial, la circulación del agua es subterránea a
través de un medio granular (con una profundidad de la lámina de agua de alrededor de
0,6 m) y en contacto con los rizomas y raíces de los macrófitos. Este tipo de humedales se
podrían entender como una modificación de los sistemas clásicos de infiltración en el
terreno (Ramos, 2009).
Así pues, los humedales de flujo subsuperficial forman parte de los sistemas naturales de
depuración basados en la acción del terreno (como los filtros verdes y los sistemas de
infiltración-percolación), mientras que los de flujo superficial pertenecen al grupo de los
basados en la acción de mecanismos que suceden en el agua (como las lagunas de
oxidación), según estudios de Ramos (2009).
Figura 1. Humedal de flujo superficial

5. Figura 2. Humedal de flujo subsuperficial
Los humedales de flujo superficial remueven en forma confiable la DBO (Demanda
Bioquímica de Oxigeno), la DQO (Demanda Química de Oxigeno) y los SST (Sólidos
Suspendidos Totales), donde con tiempos de retención suficientemente largos también
pueden producir bajas concentraciones de nitrógeno y fósforo. Los metales son también
removidos eficazmente y se puede esperar también una reducción de un orden de
magnitud en coliformes fecales en sistemas diseñados para producir efluentes de
tratamiento secundario o avanzado (Reyes, 2016).
Figura 3 Mecanismo fitorremediación
Fuente, Reyes, 2016
Casos exitosos de tratamiento con humedales:
1. Planta piloto para tratamiento de aguas residuales industriales de acerías de
Colombia por medio de humedales construidos.
En esta empresa se construyó una planta piloto a través de humedales con el nombre
láminas filtrantes, la eficiencia de este sistema utilizando plantas hidrófitas fue el objeto
estudio de Ramos Y, según este artículo lograron mejores remociones para el proceso de
a continuación algunos de los resultados obtenidos por el tratamiento por fitorremediación.

6. Figura 4 Entrada y salida del agua en la planta piloto de acerías de Colombia
Cómo se puede evidenciar en las figuras la remoción es bastante eficiente en aguas
bastante contaminadas, donde su ingreso esta fuera de normativa después de la remoción
se podría verter ya que cumple con los límites permisibles.
Figura 5 Entrada y salida del agua en la planta piloto de acerías de Colombia

7. 2. Sistema de fitorremediación para tratamientos de aguas hidrocarburadas en
estaciones de servicio BIOMAX
Este caso de tratamiento de aguas residuales por medio de fitorremediación se desarrolla
en una bomba de combustible BIOMAX los vertimientos de esta bomba tenían grandes
contaminantes como: SST, SS, Tensoactivos, DBO5, DQO, entre otros, el problema
principal es el nivel alto de hidrocarburos. Por medio de la fitorremediación se logró
desarrollar un proceso de tratamiento minimizando el impacto ambiental de estos
vertimientos, se utilizó especie vegetal (Phragmites Australis), para la remoción de
contaminantes (hidrocarburos totales, DBO5, DQO, Grasas y Aceites, entre otros), con la
implementación de filtros de diferentes materiales y granulometría.
Figura 6 Diagrama planta de tratamiento BIOMAX
El desarrollo de este proyecto ayudó a BIOMAC a cumplir con los requisitos legales en
cuanto a vertimientos. La especie utilizada Phragmites Australis, absorbe los
hidrocarburos por medio de un proceso de biorremediación, minimizando el impacto
ambiental que se generaban por eso vertimientos.
3. Tratamiento para aguas residuales domésticas de la ciudad de Riohacha
La caracterización fisicoquímica y bacteriológica inicial de las aguas residuales domésticas
de la ciudad de Riohacha, mostró que las concentraciones de DBO5 (113,19±23,87 mg/L)
y DQO (237,88±356,21 mg/L) no cumplen con los límites permisibles de descarga de la
República de Colombia, además del alto contenido de bacterias coliformes
(4,10x107±2,18x107 NMP/100 mL), por lo que amerita un tratamiento de adecuación antes
de su disposición sobre el perfil costero (Mendoza, 2017).
Para el tratamiento de estas aguas se usó plantas acuáticas E. crassipes, que fueron
recolectadas y transportadas al laboratorio en recipientes plásticos. Posteriormente, fueron
aclimatadas durante unos dos meses antes de iniciar el tratamiento, en recipientes con
agua de chorro sin cloro y nutrientes. Durante los ensayos, el crecimiento de las plantas

8. era mantenido por eliminación de las hojas secas, de acuerdo con investigaciones de
Mendoza (2017).
Cuadro 1. Antes y después aguas domesticas ciudad de Riohacha
Fuente: Mendoza Y (2017)
Se comprobó la eficiencia de la plata acuática E. crassipes, ya que logró remover de
manera eficiente los contaminantes y cumplir con los límites permisibles establecidos en la
en la normativa colombiana, en el estudio lo único que se recomiendo es hacer un
tratamiento de desinfección posterior, ya que la remoción de coliformes totales y fecales
no fue tan eficiente.
4. Remoción de metales por fitorremediación.
Los metales se encuentran en trazas en varios ecosistemas acuáticos, algunos son útiles
como nutrientes esenciales para las plantas y los animales, sin embargo, cuando se
encuentran a altas concentraciones pueden provocar desequilibrios naturales o pueden
ser tóxicos para los seres vivos. La toxicidad de estos metales depende de la especie
química y la tendencia a la bioacumulación.
En el cuadro 2 se encuentran las principales actividades generadoras de metales pesados,
junto con su contaminación derivada:

9. Cuadro 2. Principales actividades industriales generadoras de residuos de metales
Fuente: Caviedes, D. (2015)
Existen diferentes técnicas de 3 Tratamiento para la remoción de metales pesados en
aguas residuales, inicialmente tenemos las técnicas convencionales:
 Filtración por membrana
 Electrodiálisis
 Ósmosis inversa
 Nanofiltración
 Ultrafiltración.
Dentro de los métodos no convencionales tenemos los que se basan en la biotecnología
ambiental:
4.1.Adsorción de metales pesados por materiales naturales agrícolas e
industriales
La absorción es un proceso de transferencia de masa donde se transfiere desde la fase
líquida a un sólido, en esta técnica se emplea un número amplio de materiales biológicos
especialmente bacterias levaduras y hongos.
4.2.Fitorremediación.
El uso de plantas y microbios del suelo ayudado a bajar los efectos tóxicos de los
contaminantes en los efluentes.

10. Según las partes de la planta utilizadas, se distinguen diferentes tipos de fitorremediación,
como se explica en el Cuadro 1.
Cuadro 3. Procesos de Fitorremediación
Tipo Proceso involucrado Contaminante
Fitoextracción
Los contaminantes se
concentran en las partes aéreas
principalmente.
Co, Cd, Cr, Ni, Hg, Pb, Se, Zn
Rizofiltración
Las raíces absorben, precipitan o
concentran los compuestos
Co, Cd, Cr, Ni, Hg, Pb-Se, Zn, isótopos
radiactivos y compuestos fenólicos
Fitoestabilización
Las plantas tolerantes se usan
para reducir su movilidad y evitar
el paso a capas subterráneas o
al aire
Lagunas de desecho de yacimientos
mineros. Compuestos fenólicos y clorados
Fitoestimulación
Uso de exudados radiculares
para promover el crecimiento de
hongos y bacterias degradativos
Hidrocarburos derivados de petróleo y poli
aromáticos, benceno, tolueno, atrazina.
Aguas residuales agropecuarias
Fitovolatilización
Las plantas captan y modifican
los contaminantes y los liberan a
la atmósfera por transpiración
Aguas residuales agropecuarias, aguas con
Hg, y solvente clorados (tri y tetra
clorometano)
Fitodegradación
Las plantas acuáticas y terrestres
captan, almacenan y degradan
compuestos orgánicos a
productos menos o no tóxicos
Aguas residuales agropecuarias,
municiones (TNT. DNT RDX, nitrobenceno,
nitrotolueno), pesticida fosfatados, fenoles,
nitrilos, entre otros
Fuente: Raigosa, citado por Arias, 2010
4.3.Biopolímeros
Los biopolímeros son atractivos por ser capaz de reducir las concentraciones de
iones metálicos a partes por billón, poseen un número amplio de diferentes grupos
funcionales.
4.4.Hidrogeles
Son polímeros hidrófilos reticulados capaces de ampliar sus volúmenes debido a su alta
expansión en el agua. Por consiguiente, ellos son ampliamente utilizados en la purificación
de las aguas residuales (Barakat, 2011; Hua, et al; 2014, Citado por Caviedes)
4.5.Ceniza Volante
Este material es un residuo altamente peligroso, pero se ha reutilizado como un
adsorbente de bajo costo para la eliminación de compuestos orgánicos, gases de
combustión y los metales pesados (Visa & Chelaru, 2014, citado por Caviedes)
A continuación, se describe la eficiencia de remoción que tiene cada método:

11. Cuadro 4. Adsorción de metales pesados, con desechos agrícolas y minerales.
Fuente: Caviedes, D. (2015).
Cuadro 5. Condiciones experimentales con diversos fitoplánctones.
Fuente: Caviedes, D. (2015).

12. Cuadro 6. Experimento de remoción iones metales pesados con biopolímeros.
Fuente: Caviedes, D. (2015).
Cuadro 7 Uso de hidrogeles en remover metales pesados. Condiciones experimentales.
Fuente: Caviedes, D. (2015).
Cuadro 8. Condiciones experimentales. Absorción metales pesados con cenizas volantes.
Fuente: Caviedes, D. (2015).

13. 5. Aplicaciones en el marco de la Sostenibilidad: Sistemas Urbanos de Drenaje
Sostenible, SUDS
El funcionamiento de los, SUDS, se tiene como principio simular de la forma más fiel
posible, el ciclo natural del agua previo a su interrupción por medio del proceso de
urbanización (Secretaría Distrital de Ambiente, 2011).
Los SUDS tienen los siguientes propósitos (Henriques Ardila & Cano Sepúlveda, 2009):
Proteger los entornos naturales dependientes del ciclo hidrológico.
Integrar el tratamiento de aguas lluvias, al paisaje, hasta prácticamente la misma fuente.
Proteger la calidad del agua.
Reducir los volúmenes y caudales de la escorrentía.
Dar valor añadido a las obras civiles.
5.1 Cubiertas verdes o vegetadas
Son un tipo de cubierta, elaborada por un manto de vegetal. Es importante su uso porque
reducen el caudal de escorrentía, la temperatura de las edificaciones adsorbiendo la
radiación, purifican el agua y el aire y mejoran significativamente la apariencia muerta de
las edificaciones.
Figura 7. Experiencias en áreas urbanas
Fuente: Codolà Roselló, P. (2015)
5.2 Firmes y pavimentos filtrantes
Poseen capacidad portante para la circulación vehicular, pero a la vez permiten la filtración
del agua de escorrentía, reducen la magnitud de la escorrentía superficial y retienen, fijan
y asimilan cargas contaminantes presentes en la escorrentía.

14. Figura 8. Experiencias en áreas urbanas
Fuente: Codolà Roselló, P. (2015)
5.3 Pozos y zanjas de filtración
Tienen la capacidad combinada de retener, almacenar e infiltrar las aguas pluviales hacia
el terreno natural. Funcionan como colectores de aguas lluvia, reducen la magnitud de la
escorrentía superficial, retienen, fijan y asimilan cargas contaminantes presentes en la
escorrentía y facilitan la oxidación del material biológico presente en al agua.
Figura 9. Experiencias en áreas urbanas
Fuente: Codolà Roselló, P. (2015)
6. Otras experiencias
En Chile, ha sido un caso exitoso el uso de plantas acuáticas, como un tratamiento
secundario o terciario alternativo y ha demostrado ser eficiente en la remoción de una
amplia gama de sustancias, orgánicas así como nutrientes y metales pesados, químicos
peligrosos y se pueden bioacumular, para el caso de Colombia las investigaciones se han
orientado a su aplicación para la industria, la agroindustria, actividades agropecuarias
(Celis, 2005; Arias, 2010, Mendoza, et all, 2016 y Franco, 2016).

15. Otras investigaciones con humedales (wetland) artificiales para tratar aguas residuales
domiciliarias, señalan una buena remoción de DBO, coliformes fecales y amonio
(University of South Alabama, 2002). Estos sistemas pueden incluir especies
ornamentales, que además de embellecer el entorno, mantienen libre el aire de malos
olores y atraen a insectos polinizadores y aves. Los sistemas pueden ser diseñados para
viviendas domiciliarias, así como las aguas lluvias en los parques públicos (Valdez y
Vázquez).

16. CONCLUSIONES
La regulación ambiental ha fortalecido los controles sobre los metales pesados debido al
grado de peligrosidad que tienen estas sustancias, actualmente existen diferentes tipos de
tratamientos con diversos componentes y modificaciones, se han estudiado y evaluado la
eficiencia en la remoción de los metales. Uno de los métodos es la fitorremediación, que
sin duda es un método económico, viable y que ha demostrado que tienen bastante
eficiencia de remoción, actualmente se han reducido sus gastos energéticos y
operacionales que permiten su implementación y sostenibilidad.
La fitorremediación es una técnica adecuada y que puede ser aplicada de manera efectiva
en procesos secundarios y terciarios, con resultados eficientes en la remoción de
contaminantes peligrosos. Lo importante es el conocimiento de su control y monitoreo,
según el tipo de residuo que se esté manejando.
Las tecnologías del tratamiento de aguas residuales han avanzado han involucrado
procesos tecnológicos y sistemas, diversificando la aplicación a los tratamientos
industriales y agroindustriales, sin embargo, condiciones como costo, de uso,
requerimientos especializados, hacen que dichas tecnologías no sean aplicables en otros
entornos.
La fitorremediación es muy útil en procesos de depuración de aguas pluviales, como parte
de los Sistemas de Drenaje Urbano Sostenible, ya que se puede reconstruir parte del ciclo
hidrológico natural, que da vida y sostenibilidad a los ecosistemas, mediante la integración
de plantas y otro tipo de agentes biológicos en el manejo del agua pluvial.
La sostenibilidad en entornos humanamente adaptados, puede ser parcialmente
restaurada integrando, en los procesos propios de las dinámicas de las ciudades, y del
sector productivo, factores biotecnológicos como la fitorremediación como simulación de
los ciclos biológicos de asimilación, explotando al máximo la capacidad, cualidades, y
fortalezas de ciertas especies de plantas.

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