TECNOLOGÍAS AMBIENTALES Una visión global

Mblgo. Luis Felipe Valdez Núñez

OBJETIVOS

• Resaltar la importancia en el cuidado del medio ambiente así como los factores que lo afectan.

• Describir la situación actual de la minería en el Perú así como sus impactos más representativos.

• Detallar las tecnologías ambientales para remediación (convencionales y tratamientos biológicos).

• Resaltar la intervención de los microorganismos en los procesos de remediación biológica.

• Detallar líneas convergentes de investigación en temas de biorremediación y Fitorremediación.

MEDIO AMBIENTE

EL MEDIO AMBIENTE Y SU IMPORTANCIA

“Toda persona tiene el derecho irrenunciable a vivir en un ambiente saludable, equilibrado y adecuado para el pleno desarrollo de la vida, y el deber de contribuir a una efectiva gestión ambiental y de proteger el ambiente, así como sus componentes, asegurando particularmente la salud de las personas en forma individual y colectiva, la conservación de la diversidad biológica, el aprovechamiento sostenible de los recursos naturales y el desarrollo sostenible del país”

Art. 1 Ley General del Ambiente - MINAM

AMBIENTE SALUDABLE GESTIÓN AMBIENTAL

DIVERSIDAD BIOLÓGICA DESARROLLO SOSTENIBLE

FACTORES QUE AFECTAN EL AMBIENTE • ASPECTO AMBIENTAL: Elemento

de las actividades, productos o servicios de una organización que puede interactuar con el ambiente.

• IMPACTO AMBIENTAL: Cualquier cambio en el ambiente, adverso o beneficioso, que es resultado total o parcial de las actividades, productos o servicios de una organización.

LA MINERÍA EN EL PERÚ

PROYECTOS MINEROS

PRODUCCIÓN METÁLICA

PROCESOS

IMPACTOS AMBIENTALES-ATMÓSFERA

PARTÍCULAS

GASES

AEROSOLES

IMPACTOS AMBIENTALES-SUELOS

SUBSIDENCIA

DESERTIZACIÓN, CAMBIOS

GEOGRÁFICOS

PÉRDIDA DE PROPIEDADES FÍSICAS, QUÍMICAS Y

BIOLÓGICAS

IMPACTOS AMBIENTALES-AGUAS • Variación en cuerpos de agua (alteración en la dinámica fluvial, pérdidas de

masa de agua, alteración en el régimen hidrogeológico, contaminación por metales pesados (AMD), calidad físico-química, open pit lake).

METALES PESADOS

PASIVOS AMBIENTALES

TECNOLOGÍAS AMBIENTALES PARA REMEDIACIÓN

TÉCNICAS CONVENCIONALES

TRATAMIENTOS BIOLÓGICOS

• Estimulan el crecimiento de organismos en suelos contaminados, con el fin de degradarlos o extraerlos mediante la realización de sus actividades metabólicas.

• Se basan en la adaptación de los organismos al medio y en proporcionar condiciones adecuadas para su desarrollo (nutrientes, humedad, pH, temperatura, etc.)

• Se aplican a multitud de contaminantes orgánicos y a algunos contaminantes inorgánicos .

• En ocasiones las técnicas biológicas se acompañan de otras técnicas físicas y químicas para completar el proceso de limpieza

TRATAMIENTOS BIOLÓGICOS: BIORREMEDIACIÓN

BIORREMEDIACIÓN - DEFINICIÓN

La práctica gestionada o espontánea en la que se utilizan los procedimientos microbiológicos para degradar o transformar los contaminantes a formas menos tóxicas o no tóxicas, remediando o eliminando con ello la contaminación ambiental” (US-EPA actual definición)

Rol catalítico primario de microorganismos en la biodegradación de contaminantes peligrosos donde se pretende conseguir una biotransformación y/o mineralización .(Seshadri & Heidelberg 2005)

BIOTECNOLOGÍA AMBIENTAL

BIOTECNOLOGÍA AMBIENTAL

BIORREMEDIACIÓN

CRECIMIENTO Y REPRODUCCIÓN

BIORREMEDIACIÓN-COMPONENTES

MICROORGANISMOS

CONTAMINANTE MEDIO AMBIENTE

•Capacidad metabólica. •Poblaciones autóctonas •Mejoras genéticas.

•Toxicicidad. •Concentración •Disponibilidad •Solubilidad. •Absorción.

•Temperatura. •Contenido de Humedad. •pH. •Aceptores de electrones.

•Nutrientes.

BIORREMEDIACIÓN

MICROORGANISMOS

BIORREMEDIACIÓN PROCESOS

COMPLETA

INCOMPLETA

BIODEGRADACIÓN Aire, Suelo, Agua

MINERALIZACIÓN

BIOTRANSFORMACIÓN

MICROORGANISMOS

Microorganisms Type Shape Example Abilities

BACTERIA Cocci spherical shape

Streptococcus hydrocarbon-degrading bacteria heavy oil degrade dairy industry waste (whey)

bacilli Rods spiral forms

Bacillius subtilis Vibrio cholera Spirillum volutans

degrade crude oil bioremediation of chlorpyrifoscontaminated Soil heavy metals

filamentous (gram-negative rods that become flagellated)

Sphaeratilus Leptothrix Crenothrix

reduce iron to ferric hydroxide (Sphaeratilus natans, Crenothrix) reduce manganese to manganese oxide (Leptothrix) found in polluted streams and wastewater treatment plants

Flagellated

Caulobacter Gallionella

aerobic, aquatic environments with low organic content G. ferruginea, present in iron rich waters and oxidizes Fe2+ to Fe3+. can be formed in water distribution systems

Microorganisms Type Shape Example Abilities

BACTERIA budding bacteria

filaments Hyphomicrobium soil and aquatic environments requires one-carbon compounds to grow (e.g. methanol)

filamentous (gramnegative)

Rhodomicrobium Beggiatoa Thiothrix

Phototrophic oxidize H2S to S0

actinomycetes

filamentous (gram-positive) mycelial growth

Micromonospora Streptomyces Nocordia (Gordonia)

found in water, wastewater treatment plants, soils (neutral and alkaline) degrade polysaccharides (starch, cellulose), hydrocarbons, lignin

Eukaryotes FUNGY long filaments (hiphae) which form a mass called mycellium

Phycomycetes (water molds) Basidiomycetes (mushrooms - Agaricus, Amanita (poisonous))

occur on the surface of plants and animals in aquatic environments some are terrestrial wood-rotting fungi play a significant role in the decomposition of cellulose and lignin

BIOVENTING • Inyección (o extracción) forzada de aire para incrementar la concentración de

oxígeno y estimular la biodegradación.

• Técnica a medio-largo plazo

CONTAMINANTES DEGRADADOS

• prometedora para estabilizar o

eliminar contaminantes inorgánicos

INCONVENIENTES

• posible emisión de vapores

• no útil para eliminar compuestos

clorados

BIOAUMENTACIÓN • Introducción en el suelo de organismos seleccionados, adaptados o

genéticamente modificados, para degradar contaminantes específicos

CONTAMINANTES DEGRADADOS:

PCB, lindano, DDT, 2,2-diclorofenol

LIMITACIONES Y RIESGOS:

• Riesgos de contaminación de agua

• Elevadas concentraciones de contaminantes

• No efectiva para contaminantes inorgánicos

TOLERANCIA A METALES PESADOS

Bradyrhizobium yuanmingense y B. liaoningense : Evaluación del efecto producido por las concentraciones de metales pesados (conteo en

placa 60, 40, 20, 10, 0 µg/L)

LANDFARMING

• Disposición del suelo contaminado en capas lineales y remoción periódica para favorecer la aireación, también se mejoran las condiciones para estimular la biodegradación.

APLICACIONES:

• Hidrocarburos (no VOCs)

NECESARIO:

• Controlar la emisión de

gases (CO2, VOCs)

• Controlar la recogida de

lixiviados y escorrentías

COMPOSTING

• Mezcla de suelo contaminado con materiales porosos y enmiendas orgánicas (serrín, paja, estiércol, restos vegetales) con el fin de promover la biodegradación

NECESARIO:

• Mantener condiciones de

oxidación , humedad y temperatura

adecuadas

• Controlar la emisión de gases

(CO2, VOCs)

• Un espacio grande para ser aplicado

TRATAMIENTOS BIOLÓGICOS: FITORREMEDIACIÓN

FITORREMEDIACIÓN • Se basa en el uso de plantas

naturales (habilidad inherente) o genéticamente modificadas para detoxificar algunos xenobióticos en el suelo por captación directa de los contaminantes, seguido por subsecuentes transformaciones usando enzimas (similar a enzimas de detoxificación en mamíferos), transporte y acumulación de productos.

MICROORGANISMOS

GENERACIÓN DE AMD

Acidithiobacillus ferrooxidans Acidithiobacillus thiooxidans Leptospirillum ferrooxidans

Thiobacillus thioparus.

OXIDACIÓN DE LA PIRITA EN PRESENCIA DE O2 Y H2O

OXIDACIÓN DE Fe2 a Fe 3

PRECIPITACIÓN DEL Fe3 COMO HIDRÓXIDO MEDIANTE HIDRÓLISIS (pH >3)

Fe3 REMANENTE SIGUE OXIDANDO LA PIRITA

OXIDACIÓN DE OTROS SULFUROS (CALCOPIRITA, GALENO, ESFALERITA, ETC)

INTERVENCIÓN DE BACTERIAS SULFO-OXIDANTES (PH <3)

Pirita (FeS2), Calcopirita (CuFeS2), Pirrotita (FeS), Arsenopirita (AsFeS), Galena (PbS), Esfalerita (ZnS), Pentlantita (FeNiS), Cobaltita (CoS)

WETLAND AERÓBIO

• Fenómenos y procesos de los humedales

naturales (pantanos, marismas, turberas, etc.)

• Desarrollo de ciertas plantas (Tipha,

Equisetum, carrizo, juncos,etc.)

PARA AGUAS INDUSTRIALES RESIDUALES

PARA DRENAJE ÁCIDO DE MINA:

WETLAND ANAERÓBIO (SAPS)

• SAPS: Sistema sucesivo de producción de alcalinidad.

• Ideado para disminuir el emplazamiento que ocupa los wetlands aeróbios.

• Ideal para tratamiento de AMD.

• Aquí se produce una ambiente anaeróbio y participan bacterias sulforeductoras (Desulfovibrio y Desulfomaculum).

DESVENTAJAS:

• Necesita tiempo de retención.

METODOLOGÍA

CARACTERIZACIÓN DEL AMD Y

ELECCIÓN DEL SISTEMA

CONSTRUCCIÓN DEL SAPS MODIFICADO

INICIO DE LOS TRATAMIENTOS

TOMA Y ANÁLISIS DE MUESTRAS

CÁCULO DEL PORCENTAJE DE MEJORA

(PMT)

OTROS TRATAMIENTOS NO CONVENCIONALES

BIOREACTORES SULFIDOGÉNICOS

• Producción biogénica de H2S

• SRB: Desulfosporosinusacidiphilus ,

Desulfosporosi-nus acidodurans,

Desulfosporosinus lacus,

Desulfosporosinus burensis,

• Sustrato:

Glicerol, hidrógeno, Azúcares,

Alcoholes.

BAJO CONDICIONES ANAERÓBIAS, SRB REDUCEN SULFATO A SULFURO DE HIDRÓGENO , USANDO COMPUESTOS ORGÁNICOS O HIDRÓGENO COMO DONADOR DE ELECTRONES

SULFURO DE HIDRÓGENO PRECIPITA METALES COMO SULFUROS

LA OXIDACIÓN DEL DONADOR DE ELECTRONES PRODUCE ALCALINIDAD QUE NEUTRALIZA LA ACIDEZ DEL AGUA.

TECNOSOLES

• Lodos de depuradoras

• Cenizas volantes.

• Residuos de fábricas de papel,

• Compost de residuos verdes

“SUELOS ARITFICIALES”: Método de reutilización de residuos viable económicamente, además de una forma de devolución de los elementos que contienen a los ciclos biogeoquímicos.

VENTAJAS DESVENTAJAS

Biorremediación proceso natural La biorremediación se limita a aquellos compuestos que son biodegradables

cuando se degrada el contaminante, la población biodegradativa declina

incluyen la presencia de poblaciones microbianas capaces metabólicamente, condiciones ambientales adecuadas de crecimiento

Residuos post tratamiento suelen ser inofensivos, incluyen dióxido de carbono, agua y biomasa celular

La investigación es necesaria para desarrollar y tecnologías que sean apropiados para la biorremediación

Muchos compuestos que son legalmente consideradas peligrosas pueden transformarse en productos inocuos

No todos los compuestos son susceptibles a la degradación rápida y completa

Puede llevarse a cabo en el sitio, a menudo sin causar una interrupción grave de las actividades normales

Es difícil extrapolar de banco y escala piloto estudios a las operaciones de campo a gran escala

La biorremediación puede resultar menos caro que otras tecnologías que se utilizan para la limpieza de residuos peligrosos

Biorremediación a menudo lleva más tiempo que otras opciones de tratamiento

LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN FUTURAS

• Caracterización de comunidades microbianas y su importancia en los procesos de atenuación natural del Drenaje Ácido de Mina (AMD).

• Screening de plantas hiperacumuladoras en suelos contaminados con metales pesados circundantes a empresas mineras.

• Evaluar el aplicar tecnologías de fitorremediación conjuntamente con procesos de bioaumentación (Fitoaumentación endofítica).

GRACIAS A TODOS POR SU ATENCIÓN

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