Para tratar aguas de escorrentía, efluentes industriales o aguas residuales. In situ: Para tratar sitios contaminados con metales, hidrocarburos, plaguicidas u otros compuestos. Ex situ: Para tratar suelos excavados antes de su reutilización o disposición final. Recuperación de sitios: Para recuperar sitios severamente contaminados a largo plazo. Fitodepuración: Para tratar aguas residuales domésticas o industriales de baja concentración. Fitorremediación

1. Universidad Autónoma de Nuevo León
Facultad de Ciencias Biológicas
Instituto de Biotecnología
Tema: Biorremediación
Dr Hugo Alberto Luna
Profesor
Cd Universitaria Enero del 2011

2. Diversidad de contaminantes en el ambiente
Atrazina
Solventes Tricloroetileno Plaguicidas Benlate
clorados Tetracloroetileno
Malation
Benzeno
TNT (2,4,6 Tolueno
Explosivos BTEX
Trinitrotolueno) Etilbenzeno
Xileno
Hidrocarburos
Metales Cromo Creosota
Aromáticos
pesados Plomo Disel
Policíclicos
Plutonio Bifenilos
Radionúcleos Aroclor
Uranio Policlorados

3. FCB, UANL - Dr Hugo Alberto Luna
El ecosistema global

4. Biorremediación
Estrategia o proceso que utiliza microorganismos,
plantas y enzimas microbianas o vegetales para
destoxificar contaminantes en el suelo u otros
ambientes.
Biodegradación
Mineralización
Biorremediación
Cometabolismo
Consorcio

5. F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna
Reciclaje de contaminantes en un cuerpo de agua
Deposición
Escurrimientos atmosférica
urbanos
Escurrimientos Desechos industriales
agrícolas
Intercambio con
la atmósfera
Migración a Cadena trófica
través del
agua subterránea
Resuspensión del sedimento

6. F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna
10,000,000
veces
Ave
I depredadora
n 25 ppm
c
r
e Pez
m grande
e 2 ppm
n
t
o
Pez
chico
0.5 ppm
Zooplancton
0.04 ppm
Agua
0.000003 ppm
Biomagnificación acuática

7. a
usitn
Río S
skakwin
Ku
Rio
Anchorage Valdéz
k Sewar
a
hag
s
Nu Homer
o
Rí
Isla Montague
Bahía Bristol
Golfo de Alaska
Ko d k
ia
N
0 50 100 Km

10. Criterios para biorremediación
1.- El sitio contaminado deberá reunir condiciones
que favorezcan el crecimiento microbiano o
vegetal y/o la actividad enzimática de estos.
2.- El contaminante blanco deberá encontrarse
“biodisponible” .
3.- Los organismos deberán tener la actividad
catabólica necesaria para degradar el conta-
minante a velocidades que permitan alcanzar
en corto plazo los niveles regulatorios.
4.- El costo de la bioremediación deberá ser mas
barato o igual al de otras tecnologías que
remuevan el contaminante.

11. 1) Pasiva o intrínseca
2) Bioestimulación
3) Bioventilación
Estrategias de
4) Bioincremento
biorremediación
5) Labranza del sitio
6) Composteo
7) Fitorremediación

12. F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna
Método de biolabranza

13. Cloruro de Vinilo
Cuerpo 4 mg/L
de Agua 1 - 4 mg/L
0.01 - 1 mg/L
Edificio
Edif.
Edificio
Caracterización del sitio después de un derrame
de contaminantes.

14. F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna
Columna de
biorremediación
en microcosmos

15. F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna
M = Pozos de monitoreo
Fuentes de nutrientes
y oxígeno M M M
M M
Galería de
M inyección M
M
Tanqiue nte
na
M contam
Hidrocarburo
contaminente
Pozo de
bioventilación
Esquema de biorremediación

16. Exoenzima
Endoenzima
Endoenzima Exoenzima
Liasa
Ciclo de Via de glucolisis
Krebs Transporte a tráves
CO2
membrana
Cadena transportadora de electrones
Monómeros
½ O2 H2O
Metabolismo general de hidrocarburos

17. Factores ambientales críticos para la biorremediación en suelo
Factor Niveles óptimos
Metabolismo Aeróbico: mayor de 0.2 mg/l de O2 disuelto y mínimo
del 10% de espacio poroso lleno de aire.
Oxígeno
Metabolismo anaeróbico: menos del 0.2 mg/l de O2 disuelto y
menos del 1% de espacio poroso lleno de aire.
Suficiente N, P y otros elementos para que no se limite el
Nutrientes crecimiento microbiano. (proporciones sugeridas de C: N: P: =
120: 10: 1).
Suelo no saturado: 25 – 85 % de la capacidad de retención de
agua, -0.01 Mpa; afectará la transferencia de O2.
Humedad Zona saturada: el agua afectará la tasa de transferencia de O2 =
tasa de bioremediación aeróbica.
pH 5.5 – 8.5
Aerobios y anaerobios facultativos: mas de 50 mV.
Redox
Anaerobios: menos de 50 mV
Temperatura 15 – 45 °C (mesofílicos).

18. F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna Equipo de bioremediación (sitio # 4)

19. F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna
Equipo de bioremediación (sitio # 3)

20. F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna
Equipo de bioremediación (sitio # 2)

21. Estrategia
Estrategia
Estrategia
Bomba
de Absorción
vacío sobre
Nutirentes Combustión
Bomba carbón
de Biofiltración activado
vacío
Condición del aire
Contaminado
Puro
Suelo contaminado
Zona de
vadosa
Flujo Flujo
de aire de aire
Acuífero
Bioventilación y biofiltración en la zona de vadosa

22. Estrategia
Estrategia
Equipo
aspersor Estrategia
de aire
Equipo
extractor Absorción
de aire
sobre
carbón Combustión
Biofiltración activado
Zona de
vadosa
Flujo
de aire
Condición del aire
Contaminado
Acuífero contaminado Puro
Flujo Flujo
de aire de aire
Biorremediación en el acuífero mediante burbujeo de aire

23. 3
1
K
87
55
19
H
37
11
Li
Fr
Cs
Na
Rb
1A
Francio Cesio Rubidio Potasio Sodio Litio Hidrógeno
4
88
12
56
20
38
Sr
Be
Ca
Ba
Ra
Mg
2A
Radio Bario Estroncio Calcio Magnesio Berilio
Y
89
57
21
39
Sc
La
Ac
Actinio Itrio
Lantano Itrio Escandio
72
22
40
Ti
Zr
Hf
Hafnio Zirconio Titanio
V
73
23
41
Ta
Nb
Tantalio Niobio Vanadio
74
24
42
W
Cr
Mo
Tungsteno Molibdeno Cromo
esenciales (en verde).
La
Ac
75
25
43
Tc
Re
Mn
Renio Tecnecio Manganeso
Th
Ce
76
26
44
Fe
Pr
Os
Pa
Ru
Osmio Rutenio Fierro
U
Nd
77
27
45
Ir
Co
Rh
Iridio Rhodio Cobalto
Np
Pm
78
28
46
Ni
Pt
Pu
Pd
Sm
Platino Paladio Níquel
Eu
Am
79
29
47
Cu
Ag
Au
Oro Plata Cobre
Gd
Cm
80
30
48
Tb
Zn
Bk
Cd
Hg
Mercurio Cadmio Zinc
Cf
Dy
5
13
81
31
49
B
Al
Ti
In
Ga
3A
Talio Indio Galio Aluminio Boroo
Es
Ho
6
32
C
82
50
14
Si
Er
Ge
Sn
Pb
Fm
Plomo Estaño Germanio Silicio Carbono
Md
7
Tm
P
51
15
N
83
33
Bi
Sb
As
Bismuto Antimonio Arsenico Fósforo Nitrógeno
No
Yb
8
S
84
16
O
34
Lr
52
Lu
Po
Se
Te
No Metales
4A 5A 6A
Polonio Teluro Selenio Azufre Oxigeno
9
I
F
17
35
Cl
53
85
Br
At
7A
Astatino Yodo Bromo Cloro Flúor
Tabla periódica resaltando los metales tóxicos (en rojo) así como los
2
36
18
10
54
86
Ar
Kr
He
Xe
Ne
Rn
Radon Xenon Kriptón Argón Neon Helio

24. Permeabilidad +
de lípidos M
Endocitosis +
M
+
Canal iónico M
Bomba iónica +
M
+
Proteína M
acarreadora
Complejo +
permeado M - Cl2
Mecanismos de flujo de metales a través de las mebranas microbianas

25. 2+
Cd Cd2+ Cd2+
Cd2+
2+ Cd Cd2+
2+
Adsorción a
Cd Cd2+ Cd2+
Cd2+ Cd
2+
exopolímeros
Cd 2+
Cd2+
Bomba de Cd2+
2+
Hg Eflujo
Se Se
-(Cis - Cis)n - Cd Se
Volatilización Se
Producción de proteinas Se
Se
+ como metalotionina
CH3Hg Acumulación
intracelular
(CH3)2Hg
Cd2+
Cd2+
Cd2+ Cd2+ Cd
2+
Reducción
2+ 0
Hg Hg Unión a membranas
6+ 3+ o pared celular
Cu Cu Precipitación como sales metálicas
2+
Cd CdS
2+
Cd CdPO4
Respuesta de los microorganismos a metales tóxicos

26. Apocynum canabinum Helianthus annuus
Trichocarpa deltoides Ambrosia artemisiifolia

29. Su
elo
con
tam
ina
do
MO
MO
Cl Cl
Microbios
Cl Cl CO2 + Cl -
Cl Cl
Esquema de fitorremediación de un tóxico orgánico

30. Plantas hiperacumuladoras de metales tóxicos
Peso seco
Especie Metal Origen
(% de hojas)
Thlaspi calaminare Zn < 3 Alemania
Viola sp Zn 1 Europa
Aeolanthus biformifolius Cu 1 Zaire
Phyllanthus serpentinus Ni 3.8 Inglaterra
Alyssum bertoloni Ni >3 Sur de Europa, Turquía
otras 50 especies mas de
Alyssum
Severita acuminata Ni 25 (látex) Inglaterra
Stackhousia tryonii Ni 4.1 Australia
Brassuca juncea Pb < 3.5 India
Haumaniastrum robertii Co 1 Zaire

31. Fitorremediación
Aplicaciones
Suelo: La mayoría de suelos con bajo a mediano nivel de
contaminación.
Acuífero: Adecuada para mantos contaminados a menos
de 7 m, algunas veces efectiva a mayor profundidad.
Ventajas
1) Menos costosa y con menores costos de instalación y
mantenimiento.
2) Alta aceptación pública.
3) Capaz de limpiar fuentes crónicas de contaminación.
Desventajas
1) Tarda al menos 2 – 3 años para limpieza de un sitio.
2) No se ha probado extensivamente en la mayoría de
contaminantes excepto para hidrocarburos, plaguicidas y
nutrientes agrícolas.

32. Lodos
Activados Aire
Sedimentos 2% 1%
6%
Agua
Superficial
1%
Acuíferos
32%
Suelo
58 %
Porcentaje de sitios tratados por biorremediación

33. Conservadores Otros
de maderas 10 % Plaguicidas
10 % 3%
Solventes
12 %
Petróleo
65 %
Proporción de los contaminantes del ambiente

34. Ejemplo de Costos de un Proceso de Bioremediación
(Bioventilación)
Esquema
· Un area de 5000 m3 de suelo contaminado con combustible para jet.
· 3,000 mg / Kg de hidrocarburos.
· 4 pozos de inyección.
· Contaminación a 5 m de profundidad.
Primera etapa Costo (dólares)
Planeación del proyecto $ 11,000
Pruebas piloto $ 27,000
Aprobación regulatoria $ 3,000
Segunda etapa
Construcción a gran escala $ 27,000
Monitoreo por 2 años $ 6,500
Consumo de energía $ 2,800
Muestreos de suelo $ 13,500
Total $ 90,800
Costo / m3 $ 18

35. Contaminantes orgánicos e inorgánicos comunes en el ambiente y su potencial
de eliminación mediante estrategias de biorremediación
Compuestos Ocurrencia Condición de la tecnología
Gasolina, aceites muy frecuente establecida
Hidrocarburos aromáticos policíclicos común emergente
Creosota poco frecuente emergente
Alcoholes, cetonas, esteres común establecida
Eteres común emergente
Orgánicos clorinados muy frecuente emergente
Bifenilos policlorinados (PCBs) poco frecuentes emergente
Nitroaromaticos (TNT) común emergente
Metales (Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, Zn) común posible
Nitrato común emergente

36. Universidad Autónoma de Nuevo León
Facultad de Ciencias Biológicas
Instituto de Biotecnología
Tema: Biorremediación
Dr Hugo Alberto Luna
Profesor
Cd Universitaria Enero del 2011