Medicina y Salud

PK – 160 – MS Aplicaciones de la Biorremediación

  • Categoría: Pandilla Kids (3ro., 4to., 5to. y 6to. Año de primaria)
  • Área de participación: Medicina y Salud
  • Asesor: Lorena Castillo Ruiz
  • Autor: Padre de Christian Alexander ()

Resumen

El presente trabajo de investigación pretende mostrar la importancia de la Biorremediaciòn ya que actualmente la contaminación por Hidrocarburos son difíciles de degradar, por lo cual contaminan ambientes naturales cuando se producen derrames.

 

Pregunta de Investigación

¿Cómo podemos ayudar a limpiar el suelo de contaminantes?

Planteamiento del Problema

Los problemas de contaminación en el ámbito local, nacional e Internacional son parte de nuestra vida cotidiana y esto ha ido en aumento de una manera alarmante.

cuando se producen derrames por diversos contaminantes, se requiere crear tecnologías que reduzcan el impacto generado cuando se presenta un accidente donde estén involucrados hidrocarburos. Hay diferentes métodos de tratamiento para la recuperación del equilibrio natural, entre los que se destaca la Biorremediaciòn.

 

Antecedentes

La operación con extracciones de minerales de oro y plata de manera cotidiana e irresponsable data desde 1890.

La implementación de sistemas de manejo ambiental se lleva a cabo hasta 1993.

Ingresamos al sistema de auditoría ambiental hasta 1995 (PROFEPA).

Biorremediación: Es el proceso en el cual se utilizan organismos vivos, para degradar, transformar o remover compuestos tóxicos de un sitio determinado.

 

La contaminación antropogénica es el tipo de contaminación generada por la industria minera y por la industria urbana. Hay contaminantes primarios, esto es, aquellos que se producen directamente de la fuente de emisión. Los contaminantes xenobióticos son contaminantes de origen sintético.

 

¿Cómo se contaminan el suelo, el subsuelo y los acuíferos?

Hay muchas formas de contaminar los suelos y los acuíferos. Por ejemplo, si el drenaje que lleva el agua sucia de nuestras casas tiene fugas, el agua sucia se va a ir hacia abajo, hacia el subsuelo, y puede llegar al acuífero y contaminarlo.

Los plaguicidas que se usan en el campo para eliminarla fauna nociva de los cultivos están hechos con compuestos químicos que en su mayoría son

tóxicos y se deben usar sólo en las dosis requeridas.

Pero, por lo general, se aplican en cantidades mayores que las requeridas y entonces, al regar subsuelo y pueden llegar al acuífero. Lo mismo sucede con los fertilizantes, que aunque son buenos

para estimular el crecimiento de los cultivos, están hechos con nitrógeno, fósforo, potasio y otros elementos que también pueden contaminar los suelos si se aplican en cantidades mayores de lo necesario.

Las industrias utilizan gran cantidad de compuestos químicos, metales, plásticos, disolventes, etc.

Cuando las industrias no trabajan adecuadamente obtienen accidentes, pueden tener derrames de alguna de estas sustancias que van directamente a contaminar el suelo.

 

La magnitud de la contaminación depende de los compuestos que se derramen, pero también de la cantidad derramada y del tipo de suelo que se contamine.

 

 

 

¿Todos los suelos se contaminan igual?

No. Los suelos, como se vio antes, pueden ser de diferentes tipos; unos dejan pasar más fácilmente el agua y se llaman de alta permeabilidad. Pero los contaminantes también son distintos y tienen propiedades

diferentes. Esto hace que unos lleguen antes que otros al acuífero, o que algunos contaminen más que otros. Por ejemplo, los contaminantes viajan

más rápido en un suelo arenoso que en uno arcilloso, porque el arenoso es más permeable, y tanto el agua como los contaminantes pasan más fácilmente.

El subsuelo de la Ciudad de México, en el centro y hacia el oriente de la misma, está formado por arcillas y limos que son casi impermeables; es decir, que el agua tarda en pasar y también los contaminantes, pero finalmente pueden ir viajando hacia abajo y llegar al acuífero.

 

 

La Biorremediación consiste de sistemas que utilizan organismos vivos (bacterias, hongos, plantas, etc.) del medio para devolver un ambiente contaminado a su equilibrio, transformando sustancias tóxicas en inocuas, tanto para el ambiente como para la salud humana.

 

Las ventajas de la aplicación de la Biorremediación en un lugar contaminado son sus bajos costos, la variedad de microorganismos disponibles y la tecnología limpia que utiliza.

 

La temperatura, pH y presión son parámetros abióticos importantes para llevar a cabo la Biorremediación. Por ejemplo, la Biorremediación In situ se realiza en condiciones mesófilas, es decir en un intervalo de temperatura que va desde 20 a 40°C. Otras situaciones que hay que considerar son, por ejemplo, que los cultivos mixtos de microrganismos pueden tener capacidades degenerativas conocidas y complementarias entre sí, o que el bario, zinc y cobre son considerados como metales benignos para microrganismos, plantas y animales.

En la Biorremediación hay varios métodos que se pueden utilizar:

  1. En la Microrremediación se utilizan micelios para devolver un ambiente contaminado a su equilibrio.
  2. La biodegradación es la transformación catalizada biológicamente de un compuesto a formas más simples.
  3. La biotransformación son reacciones bioquímicas que se generan sobre un contaminante a cargo de los sistemas enzimáticos de un organismo.
  4. La biomineralización es la conversión completa del carbono orgánico a carbono inorgánico, agua y residuos inorgánicos.

 

Tipos de Bacterias Biorremediadoras

 

Géneros de bacterias biorremediadoras de hidrocarburos y sus características

  • Bacillus
  • Acinetobacter
  • Pseudomonas>
  • Rhodococcus
  • Gordona
  • Nocardia
  • Pseudomonas

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  • Pseudomonas

Se utilizan en la remoción de aceites y productos relacionados puesto que contienen enzimas degradadoras de hidrocarburos en la membrana citoplasmática.

Características generales: gram negativas, obícuas, Gamma-proteobacterias. Son productoras de biosulfactantes (ramnolípidos) los cuales solubilizan y facilitan la penetración de los hidrocarburos a través de la pared celular hidrofílica.

 

  • aeruginosa

Es el más utilizado, pero es un patógeno oportunista.

  • Degrada gran cantidad de sustratos como nhexadecano
  • Mineraliza compuestos alifáticos en condiciones anaerobias.
  • Degrada hidrocarburos aromáticos y poliaromáticos.
  • Sintetiza ramnolípidos en fase estacionaria (1ª fase del proceso de Biorremediación).
  • Moviliza y solubiliza contaminantes en fase de mineralización.
  • Crece con contaminante de 30 a 35 °C (30°C por 24h a
  • 200rpm=105 células/mL).

 

  • Putida

No presenta la dioxigenasa específica para los PAHs por lo cual es buena candidata para las aplicaciones biotecnológicas. Es un saprófito del suelo, oportunista, cosmopolita, metabólicamente versátil, ya que posee una dihidrogenasa inicial y un tolueno dioxigenasa.

 

  • Rhodococcus*

Su persistencia ambiental las hace excelentes candidatas para los tratamientos de Biorremediación:

  • Utilizan debenzotiofeno (DBT) como única fuente de azufre (DBT son los organoazufrados más abundantes en el diésel primario).
  • Degradan hidrocarburos clorados y fenoles, hidrocarburos alifáticos halogenados, hidrocarburos policíclicos aromáticos.
  • Producen Biosulfactantes Emulsificantes de hidrocarburos

 

Características generales: Aerobios, gram positivos, inmóviles, presentan pequeñas proyecciones filamentosas.

  • Producen poli-3-hidroxialcanatos
  • Acumulan metales pesados
  • Producen fenilalanina, deshidrogenasa y Endoglucosidasas>
  • Rutas metabólicas: Di-oxigenasa y mono-oxigenasa (ambas sobre anillos), ruptura de catecol y vía 3-osoadipato
  • Crecen en medios con escasos nutrientes
  • Carecen de un sistema de represión catabólica

 

*Algunas especies como R. Rhodochorus y R. Erythropolis no son adecuados para la Biorremediación ya que dependen de Proteobacterias que regulan su actividad.

 

 

¿Cómo se aplica la Biorremediación?

Una vez que se conocen las características de la contaminación y del suelo, y se concluye que puede aplicarse la Biorremediación, entonces se tiene que decidir si la Biorremediación se va a aplicar en el mismo sitio donde el suelo está contaminado. Esto se llama Biorremediación in situ.

 

Pasos de la Biorremediaciòn in situ

La Biorremediación in situ consiste en estimular a los microorganismos que habitan en el suelo contaminado mediante la aplicación de nutrimentos y oxígeno.

Este es un sistema muy similar a las técnicas convencionales de tratamientos biológicos para aguas residuales, en los cuales se agregan nutrientes y aire al desecho orgánico para facilitar la biodegradación en un reactor biológico. En este caso el biorreactor es el subsuelo; aunque no puede existir el mismo control en un reactor de aguas residuales que en

el subsuelo, porque las muestras de suelo no son homogéneas como las de agua.

Los requisitos para que la Biorremediación in situ sea factible son los siguientes:

1.El subsuelo debe ser suficientemente permeable para permitir que la solución con los nutrimentos y el oxígeno llegue adecuadamente al sistema.

  1. La concentración del sustrato (contaminante)

debe ser mayor que la concentración de sustrato

mínimo para el crecimiento de los microorganismos.

Si la concentración del contaminante no es

suficiente se requiere un segundo sustrato para los

microorganismos.

  1. Debe haber un número suficiente de bacterias

o microorganismos para que puedan degradar los

contaminantes del suelo.

  1. Contar con el método apropiado para suministrar

oxígeno al subsuelo (lo más usual es agregar aire o agua). La introducción de burbujas de aire puede mejorar la biodegradación aerobia de los contaminantes orgánicos.

  1. Los nutrientes nitrógeno y fósforo, así como los micronutrimentos (hierro, calcio, etc.) se agregan al sistema a través de galerías filtrantes o pozos de inyección. El nitrógeno, fosforo y potasio por lo general se agregan en forma de fertilizantes.

 

El impacto ambiental de los derrames de crudo en México ha dejado miles de hectáreas afectadas, sin dejar a un lado los kilómetros de ríos y quebradas. Estos daños a las fuentes hídricas, suelos, aire, fauna y vegetación, causados por actos terroristas a la infraestructura petrolera o como resultado de la actividad de la extracción del petróleo, son prácticamente irremediables, ya que los procesos de descontaminación no alcanzan a cubrir todas las áreas afectadas y se realizan mucho tiempo después de que el crudo ha penetrado al ecosistema.

Los derrames de petróleo y sus derivados en el ámbito mundial, han provocado una severa contaminación del suelo y de los cuerpos de agua, Estos compuestos son tóxicos para los seres vivos ya que son mutagénicos y carcinogénicos.

La contaminación por petróleo se caracteriza por su persistencia en el ecosistema, a pesar de los procesos de degradación natural y/o antrópica a que puedan ser sometidos.

En el caso del suelo, los hidrocarburos impiden el intercambio gaseoso con la atmósfera, iniciando una serie de procesos,           físico-químicos simultáneos, como evaporación y penetración, que dependiendo del tipo de hidrocarburo, temperatura, humedad, textura del suelo y cantidad vertida pueden ser procesos más o menos lentos, lo que ocasiona una mayor toxicidad. Además de tener una moderada alta o extrema salinidad, lo que dificulta su tratamiento, debido a que altos grados de salinidad pueden destruir la estructura terciaria de las proteínas, desnaturalizar enzimas y deshidratar células, lo cual es letal para muchos microorganismos usados para el tratamiento de aguas y suelos contaminados.

Objetivo

Conocer algunos microorganismos que poseen la capacidad de degradar hidrocarburos como parte de su mecanismo de obtención de energía y de materia para desarrollar procesos de Biorremediaciòn a los contaminantes que se encuentran en el suelo y  agua.

 

Justificación

Me interesó conocer los métodos de Biorremediación ya que las operaciones como extracciones de minerales y residuos peligrosos ha generado a escala mundial un grave problema de suelo, aire, y agua.

Hipótesis

Teniendo en cuenta que el problema de los derrames ocasionados en suelos cercanos a plantas o torres de extracción de petróleo, ya sea por falta de control o ataques de grupos armados, produciendo no solo daños a las instalaciones si  no que generan daños al suelo y al ecosistema, por el derrame de hidrocarburos los cuales pueden penetrar el suelo y llegar a fuentes de agua potable, impidiendo el flujo de oxígeno y destruyendo la flora y fauna de la región, se busca encontrar un método que ayude a la recuperación de los suelos mediante el uso de agentes naturales y así reducir el uso de químicos.

 

Método (materiales y procedimiento)

Se buscó información para integrar en el documento los antecedentes y algunas referencias bibliográficas para poder hacer trabajo de campo. Además, se entrevistó al Ing. Lorenzo González, para que nos compartiera y nos diera a conocer la importancia de la Biorremediaciòn y el impacto que está teniendo en el ambiente. Para lo cual anexamos la lista de preguntas y respuestas que se le hicieron.

Realizamos un Experimento para el cual utilizamos los siguientes materiales:

  • Aceite Vegetal
  • Chocolate en polvo
  • Agua
  • 2 Recipientes
  • Cuchara
  • Algodón
  • Jabón Liquido

Procedimiento:

Incorporamos el chocolate en el aceite y revolvimos muy bien.

En un recipiente se colocó el agua al cual vaciamos la mezcla del aceite para verse como si fuera el hidrocarburo

Realizamos el método de tragado el cual consiste en separar el aceite del agua con la cuchara y ponerlo en otro recipiente.

Realizamos el método de separación el cual lo realizamos utilizando el algodón para separar el aceite del agua.

Finalmente usamos el método de Bioaumentaciòn

El cual consiste en llevar microorganismos sembrados en el laboratorio (jabón liquido), los cuales son resistentes a condiciones de alto estrés, a la zona contaminada (recipiente con agua y aceite), y observamos cómo se degrada el aceite al momento de ponerse en contacto con el Jabón que simula ser los microorganismos ya que estos son Biosulfactantes es decir y degradan a los hidrocarburos volviéndolos solubles.

Galería Método

Resultados

Galería Resultados

Discusión

Conclusiones

La Biorremediación es una técnica para limpiar suelos contaminados de una forma muy práctica ya que se usan a los mismos microorganismos que viven en el suelo y el subsuelo.

Hay que recordar que al principio se dijo que el suelo y el subsuelo están constituidos por partículas inorgánicas, materia orgánica, agua, aire y microorganismos.

Las formas de contaminar pueden ser muy diferentes dependiendo del tipo de contaminante que se derrame en el suelo y las sustancias que lleguen.

Lo mejor es no contaminar, y para esto se requiere que cada sector sea cuidadoso en las diferentes prácticas que le corresponden.

Las industrias pueden evitar los derrames de sus productos mediante sistemas adecuados de control y supervisión periódica de cada instalación. Así mismo es muy importante que las industrias cuiden los sitios de almacenamiento de sus residuos. Para esto existen normas que, al cumplirlas, se evita en gran medida la posibilidad de derrames que contaminen los suelos y aquiferos.

 

 

Bibliografía

Bibliografìa

Athiel, P. et al. (1995). Degradation of Iprodione by a Soil

Arthrobacter-Like Strain. Appl. Env. Microbiol. September:

3216-3220.

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SOLANAS,Anna Maria. La biodegradación de hidrocarburos y su aplicación en la Biorremediación de suelos. Barcelona. 2009

Vinas, M.; Grifoll, M.; Sabate, J. y Solanas, A.M. (2002). Biodegradation of a crude oil by three microbial consortia of different origins and metabolic capabilities. J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 28: 252-260.

 

VIÑAS CANALS,Marc. Biorremediación de suelos contaminados por hidrocarburos: caracterización microbiológica, química y ecotoxicológica. Universidad de Barcelona. 2005

 

 



PK – 160 – MS Aplicaciones de la Biorremediación

Summary

Research Question

Problem approach

Background

Objective

Justification

Hypothesis

Method (materials and procedure)

Results

Discussion

Conclusions

Bibliography