Microbiología AmbientalRESÚMENES DE LOS SEMINARIOS GRUPO 26 26-1 COMPOSTAJE. I) AEROBIO. II) BIOMETANIZACIÓN (COMPOSTAJE ANAEROBIO) Autores: Andrea de Assas Gaupp, Dina Dandachli, Gema de la Rosa Paredes, María Flores Galindo, María García-Matamoros, Marta Rapún Allué, Laura Santidrián del Álamo, Aurora Tradacete García, Jorge Vázquez Romero, Juan José Verdejo Barón Hoy en día cada vez resulta más fácil el tratamiento y recogida de los residuos urbanos, por ejemplo en plantas como la de Valdemingomez, donde se lleva a cabo esta labor mediante cuatro procesos: incineración, reciclado, vertido controlado y compostaje, ¿Qué es el compostaje? Es un proceso controlado y acelerado de descomposición de las partes orgánicas de los residuos y que puede ser tanto aerobio como anaerobio, dando lugar un producto estable llamado "compost". El compost se compone de restos orgánicos, microorganismos, oxígeno y agua. compostaje, influenciados por ambientales, tipo y el tipo de compostaje factores más muy complejos los intervienen en el biológico del estando a su vez las condiciones de residuo a tratar técnica de empleada. Los importantes son: Son muchos y factores que proceso - — — - PH Oxígeno Relación C/N equilibrada Población microbiana. El proceso de compostaje se divide en cuatro periodos con respecto a la evaluación de la temperatura: — — — — Temperatura Humedad Mesofílico: la masa vegetal está a temperatura ambiente y los microorganismos mesófilos se multiplican rápidamente, por lo que subirá la temperatura. Termofílico: cuando se alcanzan los 40° los microorganismos termófilos trasforman el nitrógeno en amoniaco; A los 60° desaparecen. De enfriamiento: cuando la temperatura es menor de 60°, reaparecen los hongos termófilos y al bajar de 40° los mesófilos también reinician su actividad. De maduración : periodo que requiere meses a temperatura ambiente, durante los cuales se producen la condensación y polimerización del humus. El compostaje, según el proceso biológico aeróbico, se desarrolla mediante la actuación de los microorganismos sobre la materia rápidamente biodegradable, es decir, restos de cosecha, excrementos de animales y residuos Urbanos, permitiendo así obtener compost, que es un abono excelente para la Agricultura, ya que el compost o mantillo se puede definir como el resultado de un proceso de humificación de la materia orgánica, bajo condiciones controladas y en 1 ausencia de suelo. El compost es un nutriente para el suelo que mejora la estructura y ayuda a reducir la erosión y también a la absorción de agua y nutrientes por parte de las plantas. BIOMETANIZACIÓN Tratamiento anaerobio de los residuos de envases que produce metano y residuos orgánicos estabilizados. Este proceso además de en residuos sólidos urbanos (RSU) se aplica sobre lodos de depuradoras. La digestión anaerobia es un proceso al que se someten los RSU para obtener de ellos biogás y compost. Esta degradación implica la actuación en serie de unas determinadas familias de bacterias: — — — Fase hidrolítica: fase principal ya que es imprescindible que la materia orgánica se encuentre disuelta para que las bacterias seguidamente puedan actuar. Fase acetogénica: las moléculas se convierten en ácidos simples (el más importante es el acético) Fase metanogénica: es la única fase estrictamente anaerobia en la que la bacterias convierten el ácido acético en metano y CO2 Productos del compostaje: Como resultado de ambas digestiones (aeróbica y anaeróbica) se obtienen compost y biogás. La fórmula general podría ser la siguiente: Materia Orgánica + Microorganismos — CO 2 + CH4 + Microorganismos + NH4 + P + Biomasa ( materia orgánica convertida) El compostaje aerobio produce un compost de mayor calidad y su puesta en marcha es sencilla; sin embargo requiere un gasto energético para aportar oxígeno, reduce menos el volumen de la materia orgánica, requiere grandes superficies, tiene un límite en la carga que puede tratar y expulsa gases contaminantes a la atmósfera. El compostaje anaerobio produce energía en forma de biogás, reduce en gran medida el volumen de la materia orgánica, permite altas velocidades de carga, requiere poco espacio, pocos equipos mecánicos y no emite gases contaminantes, olores o gérmenes; sin embargo produce un compost de menor calidad, su arrancado es lento y difícil y las bacterias anaerobias son sensibles a gran cantidad de sustancias tóxicas. El biogás por su parte, está compuesto principalmente por CH4, CO2, N2, O2, H2, CO, NH3, y SH2. El proceso de obtención del biogás es una suma compleja de reacciones químicas provocadas por el cultivo de una serie de bacterias, y se podría dividir en cuatro fases en las cuales influirán tanto la temperatura como la humedad. La principal ventaja es su uso como combustible, y por tanto, la obtención de energía térmica. Propiedades del compostaje: El uso más importante del compost es como fertilizante. Es un buen abono orgánico, es decir, permite la regeneración de suelos: Los ácidos resultantes hace que se disuelva una parte de los productos minerales del suelo y sean aprovechables para las plantas. Además aporta otros elementos como nitrógeno, fósforo, magnesio, hierro ... Otro de los usos es proporcionar estructura al suelo: mejora las condiciones físicas, químicas y biológicas, aumenta la retención del agua, mayor aireación de las raíces, y mayor aportación de organismos al suelo. Además actúa como soporte y alimento de los microorganismos que viven a expensas del humus; La población microbiana, indicadora de la fertilidad del suelo, se ve, por tanto, favorecida. 26-2 ETAPAS Y PROCESOS DE UNA EDAR URBANA. PROCESOS DE FANGOS ACTIVOS Autores: Laura González Ibáñez, Ana Loranca Gómez, Ana Muñoz Galán, Miguel A. Nieva Fdez. de Mera, Gorka de la Nuez Aurrecoechea, Sara Quintana Freire, Cristina San Miguel Avedillo, Sara Sepulcro Montoro y Verónica Viejo San Segundo. Una EDAR es una estación depuradora de aguas residuales que recoge el agua residual de una población o de una industria y, después de una serie de tratamientos y procesos, la devuelve a un cauce receptor (río, embalse, mar...). LÍNEA DE AGUA Pretratamiento Consiste en la eliminación de todos aquellos cuerpos de gran tamaño y alta densidad contenidos en el agua residual. Para ello se realizan los siguientes procesos 1- Desbaste o retención: el agua atraviesa unas rejas de diferentes tamaño de malla para retener los materiales más voluminosos. 2- Desarenado: sistema de circulación del agua por cámaras a una velocidad controlada para provocar la sedimentación de arenas y gravas en el fondo del depósito denominado desarenador. Posteriormente se eliminarán. 3- Desengrasado: consiste en la eliminación de grasas, aceites y otros materiales flotantes como pelos o fibras. Se lleva a cabo por los mismos procesos que el desarenado. Tratamiento primario Eliminación de la materia en suspensión sedimentable que no ha sido retenida en el pretratamiento, usando tratamientos físicos y físico-químicos. En primer lugar, se produce la decantación en los denominados decantadores primarios con mecanismos de arrastre y extracción de grasas y fangos. Las partículas se depositan en el fango y con ellas se ven arrastradas bacterias. En segundo lugar, se complementará con procesos de floculación que consiste en la unión o aglutinación de las partículas suspendidas en un líquido para formar "flóculos". Puede favorecerse con la unión de agentes químicos (coagulantes) por lo que se hablará de coagulación. Finalmente, se procede a la neutralización o ajuste de pH. Existen otros procesos biológicos aerobios. 8- Intercambio iónico: Los intercambiadores reemplazan los cationes y aniones por H + y OH. el fango activado y el estanque de estabilización o laguna.Procesos anóxicos: en él intervienen una serie de reacciones de digestión y fermentación que llevan a cabo diferentes especies bacterianas. Los principales productos de este tratamiento son metano y CO. 11. La metanogénesis se utiliza como primera fase en el tratamiento de aguas residuales con alto contenido en materia orgánica biodegradable. Los procesos biológicos empleados son: 4.Electrodiálisis: Consiste en aplicar una corriente directa a través de un cuerpo de agua separada por membranas altamente permeables a cationes y aniones. Tratamiento terciario El tratamiento terciario de aguas residuales consiste en eliminar compuestos orgánicos e inorgánicos disueltos.Digestión de fangos: tiene dos fases: aerobia y anaerobia.Deshidratación: es la eliminación completa del agua de los lodos. como el filtro de goteo. a través de una serie de procesos. Los iones pequeños pasan a través de las membranas y los grandes migran a las superficies de las membranas.Tratamiento secundario El tratamiento secundario o biológico se encarga de reducir. Cada equivalente de sal es reemplazado por un mol de agua. Procesos: 6. Este tipo de descomposición se emplea en el tratamiento de materia orgánica insoluble. se espesan para conducirlos a vertedero o a digestión. realizada por bacterias aeróbicas. la carga orgánica. de la materia orgánica hasta formas estables. y para la eliminación de olores y sabores.respectivamente. 5- Procesos aeróbicos: se trata de la descomposición. 9- 10. Se usa para desionizar el agua del mar. El objetivo primordial es la reducción de contenido en sólidos y materia orgánica del agua residual en . LÍNEA DE GAS Producción de metano y es consecuencia directa de la respiración anaerobia. Desinfección Se produce para eliminar la mayor cantidad posible de virus y bacterias presentes en las aguas residuales. Existen tres principales métodos: la cloración. presente en las aguas residuales. la ozonización y el uso de la radiación ultravioleta. LÍNEA DE FANGOS Procesos: Espesado: una vez separados los fangos del agua residual. Las tres consiguen llegar a un nivel óptimo de calidad del agua. 7- Ósmosis inversa: Consiste en forzar agua pura a través de una membrana semipermeable que permite el paso de agua pero no de otro material. que el tratamiento primario no ha sido capaz de eliminar. siendo los sistemas aerobios los que más energía liberan. Algas: La presencia de fitoplancton es importante en la depuración de aguas ya que al realizar la fotosíntesis liberan oxígeno utilizado por bacterias aerobias y heterótrofas. En función del uso del oxígeno molecular los organismos se dividen en aerobios. Su rápida reproducción es también una importante ventajas distinguiéndose varias fases en su crecimiento. Víctor García Herranz. anaerobios y facultativos. El proceso tiene lugar en varias etapas: 12. Autores: Guillermo Alonso Navajo.Hidrólisis 13. rotíferos y crustáceos. Su principal ventaja competitiva reside en su extraordinaria capacidad metabólica. Bacterias: Forman el nivel trófico básico en todo sistema de tratamiento biológico.Formación de ácidos 14. Francisco Ropero Pires MICROORGANISMOS DEPURADORES El tratamiento biológico de las aguas residuales trata de estabilizar la materia orgánica. que retienen la mayor parte de los sólidos en suspensión que se depositan en el fondo. José Antonio Ferreiro Cortiñas.ausencia de oxígeno. Lucía Cañas Muñoz . Entre ellos se encuentran: protozoos. La depuración la realizan bacterias anaerobias. Los microorganismos degradan muchos compuestos que no son metabolizados por organismos superiores empleando complejos procesos basados en su nutrición. vegetal y protistas. Zooplancton: Conjunto de organismos animales que viven en el seno de las aguas. Los microorganismos que intervienen en la depuración de aguas los podemos clasificar en 3 grupos: animales. Sara García Gil. Alfonso Gozalo Aragón. Laura Molinero Merino. . El género dominante en el tratamiento de agua residual son las aerobias heterótrofas Gram negativas con forma alargada y flagelación polar. Hongos: Su capacidad de vivir en ambientes con pH bajo los convierte en importantes agentes en el tratamiento de aguas residuales industriales. Su pequeño tamaño y la proporción entre el área que ocupan y el volumen es lo que las hace tan eficaces en términos de nutrientes y el intercambio catabólico con el medio en el que están. Ruth Fuertes Ramos. Todos ellos son indicadores del estado del agua en cuanto a cantidad de materia orgánica y contenido de oxígeno.Formación de metano 26-3 TECNOLOGÍAS AEROBIAS " BLANDAS O DE BAJO COSTE" EMPLEADAS PARA LA DEPURACIÓN DE AGUAS RESIDUALES. los costes de instalación se pueden sufragar con la venta de los productos obtenidos en la actividad asociada a él. En conclusión. es una tecnología de alto rendimiento en la eliminación de materia orgánica y bacteriológica. químicas y biológicas. biológicas y nutricionales afectan al crecimiento de los microorganismos presentes en el medio. una baja temperatura. de forma que al girar. En él ocurren una serie de fenómenos que se superponen a lo largo del año y el agua depurada no es reutilizable inmediatamente. La eficiencia de los CBR se ve reducida por la falta de oxígeno. que no necesita personal especializado ni equipos mecánicos para su control. agua. y alcanzando una determinado grosor las bacterias se autoalisan y la biopelícula se desprende pudiendo ser retirada en una fase posterior de aclarado por sedimentación. También puede ser un sustituto de la cloración. aire. posee un reducido impacto ambiental y una operación. Las lagunas se clasifican en anaerobias o estanques profundos. debido a la fotosíntesis que realizan las algas y a la aireación. LAGUNAJE O LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN Método de depuración de aguas residuales consistente en almacenar el agua durante un tiempo variable para que sea tratada biológicamente por los mismos microorganismos presentes en el medio acuático. químicas. El grosor de la biopelícula está determinado por la difusión de nutrientes a través de la membrana. facultativas y aerobias de maduración. Su función fundamental es reducir la DBO5 a los niveles mínimos y eliminar bacterias patógenas gracias a la radiación ultravioleta solar. El tiempo de retención está condicionado por el grado de depuración bacteriana que se quiere alcanzar. Al final del proceso se consigue disminuir entre un 80-90 % de la DBO. De estas últimas destacamos: toda la masa de agua está en condiciones aerobias. microorganismos y de las raíces de las plantas. . químicas y biológicas. no produce lodos. un bajo pH. mantenimiento y construcción sencillos. Otros objetivos son la nitrificación. Las condiciones físicas. el pH y el O 2. cierta eliminación de nutrientes y la clarificación y oxigenación del efluente. mediante reacciones físicas. las cuales constituyen un tratamiento terciario en el proceso de depuración. destacando la temperatura.Entre los microorganismos que habitan en un mismo medio se establecen distintos tipos de relaciones interespecíficas. las lluvias y la presencia de sustancias tóxicas o un exceso de SH 2. quedan expuestos sucesivamente al aire y al agua residual. cuya acción conjunta provoca de manera natural la depuración de los efluentes contaminados a través de acciones físicas. FILTRO VERDE Se denomina filtro verde a una tecnología de bajo coste y explotación que se basa en que el suelo es un soporte de sales. BIODISCOS Se trata de una tecnología de biopelícula fijada consistente en una serie de discos que giran en torno a un eje horizontal que se sitúa dentro de un recipiente lleno de agua. no afecta a la estética del paisaje. sólidos en suspensión. En este proceso se genera una biopelícula compuesta por el agua a depurar. que se desarrollará cuando se ponga el material de soporte en contacto con el agua residual. LECHOS BACTERIANOS Es un sistema de depuración biológica aerobia. nutrientes y patógenos. no presenta problemas al ser aplicado a climas fríos. — — Altos rendimientos en la disminución de DBO5. — — — Superficies de aplicación relativamente extensas. El proceso completo se compone de un pretratamiento. un tratamiento primario. basada en la biodegradación de los compuestos orgánicos contaminantes a otros más simples por acción de las bacterias.Ventajas del lagunaje. Permite regular y almacenar agua sanitaria y apta para el riego. LECHOS DE TURBA Este método se basa en la absorción y adsorción de la turba y en la actividad bacteriana que se desarrolla en su superficie. Inconvenientes del lagunaje. que se separará por decantación. tiene alta descontaminación bacteriana y su bajo coste de construcción y de mantenimiento lo convierten en un método muy económico. un tratamiento secundario y opcionalmente uno terciario. . Difícil adaptación a los climas fríos. Sus ventajas son que no produce olores ni ruidos. Elevadas pérdidas de agua por aireación. normalmente heterótrofas. los microorganismos y nutrientes. pero al ser muy pocas no las incluiremos. Inés Núñez Barbero. Carlos Calvo.26-4 ELIMINACIÓN DE NITRÓGENO EN AGUAS RESIDUALES Autores: Olga García Sanz. Maria Luisa López Parte importante de la depuración de aguas residuales es la eliminación del nitrógeno. NITRIFICACIÓN-DESNITRIFICACIÓN Nitrificación Es la oxidación de amonio a nitrato con consumo de oxígeno.+ 2H+ + H2O Posteriormente el género nitrobacter realiza la nitratación: NO2 + / O2_________________NO3 Las bacterias quimioautótrofas utilizan el proceso de nitrificación para obtener enrgía para reducir el dióxido de carbono para crear materia orgánica. Esta se lleva a cabo mediante una autodepuración en la que intervienen bacterias. Isabel Casares Torres. La reacción es: 20 CO2 + 14 NH4+4 C5H7NO2 + 10 NO3.+ 24 H+ + 2 H2O Algunas bacterias heterótrofas también pueden realizar la nitrificación. Desnitrificación Es el proceso por el cual los nitratos y nitritos obtenidos en el proceso anterior se reducen a nitrógeno atmosférico u óxido nitroso. Dentro de las autótrofas destaca el género nitrosomonas que se encargan del proceso de la nitritación: NH4+ + 3/2 O2NO2. La secuencia seguida es: NO3 — NO2 — NO — N2O — N2 Proceso Este modo de eliminación de nitrógeno se basa en alternar nitrificación con desnitrificación. Cristina Clemente. siendo este último muy contaminante. Lo realizan principalmente bacterias heterótrofas anaerobias facultativas o aerotoloerantes. . tanto Gram + como Gram -. que tiene importantes consecuencias ambientales como es la eutrofización. Alba Martín. Paloma Fernández. por ser la forma más común en la que aparece el nitrógeno en disolución a pH neutro. para llegar a nitrógeno atmosférico (N2). Lo realizan bacterias nitrificantes aerobias estrictas autótrofas y quimioautótrofas.Estos son nitrificación-desnitrificación y proceso ANAMMOX. Belén Rodríguez Pérez. que se encargan de convertir los distintos compuestos nitrogenados en nitrógeno atmosférico. Existen distintos procesos que parten fundamentalmente del amonio (NH4 ). Laura Gallego. Las bacterias consumen el oxígeno disponible. Esto provoca un aumento de potencial redox. con aireación en el reactor.Comienza con nitrificación. sin necesidad de fuentes de carbono: . sin consumo de oxígeno. Posteriormente se vuelve a airear y comienza de nuevo la nitrificación. la desnitrificación. se conserva entre 10 y 30 minutos en condiciones anaerobias. este consiste en la eliminación del nitrógeno amoniacal. Cuando se alcanza el punto de concentración de nitratos cero. En este proceso las bacterias hacen disminuir el potencial redox. entonces. ya que este método esta muy relacionado con la eliminación del fosfato. Comienza. y cuando disminuyen la concentración de amonio y la velocidad de nitrificación se detiene la aireación. es un proceso litoautrófico. PROCESO ANAMMOX Es un proceso alternativo al anterior. para que se dé la desfosfatación. RESÚMENES DE LOS SEMINARIOS Microbiología Ambiental GRUPO 26 NH4+ + NO2 — N2 +H2O 10 . Las reacciones simplificadas de los procesos que tendrían lugar en el reactor son: foe: fuente orgánica de electrones — Desnitrificación —-> ANAMMOX Con este método se reduce en un 25% el consumo de oxígeno y en un 40% la demanda de carbono para la desnitrificación. Actualmente está en fase de puesta a punto. De tal modo que la desnitrificación eliminaría el óxido y el proceso Anammox eliminaría amonio y parte del óxido. para la que sí que se necesita oxígeno. 11 .Microbiología Ambiental RESÚMENES DE LOS SEMINARIOS GRUPO 26 Se puede usar unido a la desnitrificación y se podría eliminar nitrógeno y materia orgánica en un mismo reactor. Este proceso comenzaría con una oxidación parcial controlada de amonio a NO2 . La producción de protones implica un descenso del pH que favorece que los organismos encargados de la oxidación del H 2S(habitualmente del género Thiobacillus)carezcan de competencia y puedan colonizar el medio. por lo que deducimos que los cambios sobre el ciclo biogeoquímico del azufre provocan grandes consecuencias globales. M-Paz de San Miguel El azufre y el fósforo son nutrientes esenciales para la vida. Eva García. Alba González. Mediante el proceso de la reducción desasimilatoria de sulfato. interviniendo sobre todo en la formación y estabilización de proteínas (enlaces disulfito) y ácidos nucleicos. actuando el sulfato como aceptor de electrones.Los tratamientos biológicos del sulfuro de hidrógeno se realizan en reactores tipo biofiltro percolador. la reducción de sulfato es un importante proceso biogeoquímico.Son tantos los procesos biológicos como físico-químicos que pretenden eliminar el azufre de la atmósfera. tara Fernández. Para asegurar una velocidad óptima de degradación debe adicionarse un agente basificante que mantenga el pH entre 1 y 3. El azufre es un elemento que se puede considerar tóxico si se encuentra en grandes proporciones a nivel atmosférico o de las aguas.mediante el cual retiramos todas las sustancias sedimentables. es decir azufre orgánico.+ 2H+ El azufre puede llegar a la atmósfera por causas naturales(volcanes)o causas antropogénicas (quema de combustibles fósiles.el smog sulfuroso.la 12 . el azufre es imprescindible para la síntesis de ciertas moléculas orgánicas. y solo algunas plantas. Alberto Morán. el sulfato(SO 42)es reducido a sulfuro de hidrógeno(H2S) en ausencia de oxigeno.centrales térmicas).El dimetil-sulfuro es el principal compuesto de azufre con significado ecológico.En ausencia de oxígeno. Luego se procede a la eliminación biológica del azufre. bacterias y hongos son capaces de incorporarlo directamente como sulfato y transformarlo a radical sulfhídrico(-HS). y tiene lugar según la reacción: H2S +2O2SO42. que a menudo son quimiolitotrófas producen sulfato y las bacterias reductoras utilizan el sulfato como aceptor de electrones en la respiración anaeróbica. Marina García. primero es necesario un tratamiento primario. pero son menos eficaces que los físico-químicos. Elisa Guerrero. Marta Casado. respectivamente. AZUFRE En la biosfera. produciendo sulfuro de hidrógeno.Dado que el sulfuro es tóxico y reacciona tambien con varios metales. Las bacterias desempeñan las principales funciones tanto en los procesoso oxidativos como en los reductores del ciclo. Estos tratamientos biológicos resultan económicos. Las bacterias oxidadoras del sulfuro y del azufre.La oxidación depende de la población microbiana y de la concentración de oxígeno.RESÚMENES DE LOS SEMINARIOS 26-5 ELIMINACIÓN BIOLÓGICA DEL AZUFRE EN AGUAS RESIDUALES Y EFLUENTES GASESOS Y ELIMINACIÓN BIOLÓGICA DEL FÓSFORO Autores: Clara Arancón.Para retirar el azufre de las aguas.generando problemas como la lluvia ácida . Por eso es importante comprender el ciclo del azufre y el papel tan importante que juegan las bacterias en él. RESÚMENES DE LOS SEMINARIOS bacteria Desulfovibrio.sin esporas y es gram negativo. Las bacterias. El más común es Acinetobacter . el fósforo se libera en forma de fosfatos al suelo.. produce la eutrofización: una proliferación excesiva de algas y otros organismos cuya descomposición consume gran parte del O 2 y produce gases tóxicos que conducen a la muerte de la flora y fauna de ese ecosistema. al estar sometida a condiciones de estrés. donde unido a los aportes procedentes de vertidos urbanos (detergentes) y agrícolas(abonos).Si lo hacemos en un ambiente óxico. este fósforo también puede ir a parar a ríos y lagos.etc. La clave del proceso reside en que la cantidad de fósforo absorbido en la fase aerobia es superior a la que se desprende en la fase anaerobia. En la primera. se basa en la alternancia de una fase anaerobia y otra aerobia. oxidasa negativa y catalasa positiva que vive en un rango de temperaturas de entre 5 a 5° °C . actuarán las bacterias fototróficas anoxigénicas y algunas cianobacterias. eliminándose así un alto porcentaje de fósforo de las aguas contaminadas. donde es asimilado por las plantas y pasa a partir de éstas a los siguientes niveles tróficos.) frente a los procesos químicos. un cocobacilo gram-negativo con metabolismo aerobio no fermentativo. ) y cal. como el PHOSTRIP. Para ello se utiliza microorganismos acumuladores de este elemento.A partir de aquí.Cuando estas bacterias estén cargadas de azufre morirán y tendremos que retirarlas del fondo para dar paso a otra nuevas . Por otro lado.realiza la reducción desasimilatoria de sulfatos:consiste en pasar el sulfato a sulfuro. hay 2 rutas posibles según el agua presente o carezca de oxígeno. Parte del fósforo. Su principal reserva se encuentra en la corteza terrestre y en las rocas marinas. es sometida a procesos de tipo químico. alumínicas. por disolución. En ellos se precipita el fósforo mediante la adición de sales (férricas. Su retorno al medio terrestre se produce en pequeñas cantidades y de forma muy lenta(guano y procesos biológicos). Acinetobacter. En la fase aerobia. La parte del fósforo que no ha podido ser eliminada mediante el procedimiento biológico. se acumulan en los fangos que se eliminan por decantación. Además. actuarán las quimiolitrótofas las cuales pasan los sulfuros a azufre elemental(S°). Actualmente también se desarrollan procesos que aunan el procedimiento biológico y el químico llamados procesos mixtos. Uno de los métodos más utilizados actualmente y que posee numerosas ventajas (económicas. la solución más eficaz apara evitar este problema ambiental es la depuración de las aguas. género que posee flagelación polar. Cabe destacar que el ciclo del fósforo no interviene en la atmósfera. sin embargo el papel que desempeña es vital. FÓSFORO La proporción de fósforo en la materia viva es relativamente pequeña. Acinetobacter oxida la materia orgánica generando una energía que usa para acumular fosfastos del medio en su interior y forman gránulos de polifosfatos.Si lo hacemos en un ambiente anóxico. junto con los nitratos. es la eliminación biológica del fósforo.que depositarán como gránulos en el interior o exterior de sus células. tomando materia orgánica del medio con la energía obtenida. que quedan como sacos de fósforo. que tambien lo transformaran en azufre elemental... Por lo tanto. 13 . va a parar a los océanos acumulándose en forma de rocas fosfatadas o siendo asimilado por el fitoplacton. Éste. su rápido crecimiento y ubicuidad hace que sea la bacteria elegida para este proceso. por escorrentía. hidroliza polifosfatos acumulados y libera fosfatos al agua.. ambientales. En las rocas fosfatadas terrestres. Las bacterias metanogénicas tienen un crecimiento lento.6 Ausencia de Oxigeno Ausencia de tóxicos como amoniaco. PRINCIPIOS Y REACTORES Autores: Ricardo Arpa. Irene García. Potencial red-ox muy negativo Energética: las bacterias necesitan energía para realizar estos procesos. Esa energía la obtienen del sustrato. que es una fermentación de la materia orgánica llevada a cabo por microorganismos en ausencia de oxigeno. SO42" — SO32" — SxOy — S° — H2 La conversión biológica de la depuración anaerobia tiene tres etapas fundamentales: — Hidrólisis: transformación de moléculas de elevado peso molecular en compuestos orgánicos de cadena molecular más corta.6-7. Alfredo García. NO3" — NO2 — NxOy — N2 — carbohidratos: oxidación en CO2 y ácidos orgánicos y reducción en aldehídos. Elena Hernández.RESÚMENES DE LOS SEMINARIOS 26-7 DEPURACION ANAEROBIA DE AGUAS RESIDUALES. que pueden servir como fuente de carbono y de energía. y también se produce biomasa que es retenida. sulfatos. lo que supone un factor limitante para este proceso. 14 . en el cual los productos resultantes de la acidogénesis son transformados en CO2 y CH4. Dentro de este proceso podemos destacar: — desnitrificación: proceso llevado a cabo por bacterias desnitrificantes en ausencia de oxigeno. O2 y N2. H2. en compuestos de menor peso molecular como el ácido acético o el hidrógeno. — Acidogénesis: conversión por parte de bacterias de los compuestos que proviene de la hidrólisis. cetonas y alcoholes. Nitrógeno. pesticidas. Elena Candelas. consiguiéndose así la depuración. que son anaerobias estrictas. Verónica García. — Metanogénesis: proceso llevado a cabo por bacterias metanogénicas. metales pesados. Luis Francisco Fernández. Los subproductos de esta fermentación son una mezcla de gases (principalmente CO 2 y CH4 ) que constituyen el biogás. etc. Azufre y algunas sales minerales. Fósforo. Azucena García. de los cuales destacan la digestión anaerobia. Condiciones ambientales: — — — — — — Nutrientes: necesarios para el crecimiento y actividad de las bacterias: Carbono. Temperatura: el rango optimo es 35°C (mesofílico) y 5°-6°°C (termofílico) PH: el valor optimo esta entre 6. — Reducción de sulfatos: proceso realizado por bacterias sulforreductoras. formándose CO2. detergentes. etc. La depuración anaerobia de aguas residuales es una combinación de varios procesos. La depuración anaerobia utiliza como aceptores de electrones compuestos orgánicos como nitratos. se pueden eliminar más cantidad de patógenos que en otros procesos.RESÚMENES DE LOS SEMINARIOS Cinética: la velocidad de crecimiento de los microorganismos que intervienen en la depuración anaerobia es muy lenta. Si el reactor es de lecho fluidizado. El residuo se mezcla con un fango recirculante y se digiere en el reactor. el material no cambiará su posición. Como es un proceso realizado a altas temperaturas. Si es de lecho expandido. Ventajas del proceso: — — — El producto final es la formación de biogás. Tras el proceso. El residuo entra por la parte inferior del reactor y fluye hacia arriba atravesando un manto de flujo formado por partículas. Cultivos en suspensión: la biomasa está flotando. puede tratar aguas poco concentradas en materia orgánica y recoger bastante biogás. Cultivos fijos: las bacterias están fijas. — Proceso UASB: reactor anaerobio muy usado. Desventajas del proceso: — — Largo periodo de arranque y estabilización del proceso El lento crecimiento de las bacterias hace que sea un proceso lento. el material será pequeñas partículas que cambiarán de posición con el tiempo y así aumentará el volumen. el fango se retira para su uso con el siguiente residuo. El biogás asciende y produce una recirculación antes de ser capturado. pero la 15 . el liquido se extrae y se separan los sólidos por sedimentación. El residuo final tiene un alto contenido en nutrientes que se pueden utilizar como fertilizantes o para fabricar compostaje. indicado para tratar aguas residuales con hidratos de carbono diluidos obteniendo elevada concentración de lodos y porque es capaz de soportar elevadas cargas volumétricas. REACTORES/DIGESTORES Definición: sistema aislado de forma variada estabilizado a una temperatura determinada para que. Los digestores más representativos son: — Filtros anaerobios: el flujo del agua se hace pasar por el reactor en sentido ascendente o descendente y los microorganismos se encuentran. — Sistema de lecho móvil: las bacterias se encuentran unidas a un material inerte y el flujo del residuo entra de forma ascendente. Después. que tiene un alto valor energético. Los reactores más usados son: — Proceso anaerobio de contacto: similar al proceso aerobio de lodos activados. bien sobre una superficie inerte formando un gran filtro o bien sobre pequeñas partículas que flotarían en el residuo. a una velocidad que modifica la superficie en contacto y el volumen. un conjunto de microorganismos degrade la materia orgánica y poder recoger el biogás producido. 16 . Dada complejidad de este proceso y la necesidad de un equilibrio tan preciso entre diversas poblaciones de bacterias y productos hasta el punto que el sustrato de una población es el producto otra población.RESÚMENES Microbiología DE LOS Ambiental SEMINARIOS GRUPO 26 26 -8 MICROBIOLOGÍA DE LA DIGESTIÓN ANAEROBIA. Robles. la recirculación juega un papel importante.) dando lugar a moléculas orgánicas simples y solubles (aminoácidos. y es condición indispensable que los microorganismos se encuentren en condiciones anóxicas. Este proceso da de forma Alejandro Herrero Pizarro. fundamentalmente a partir de acetato y/o metanol. son muchos los compuestos (por ejemplo la necesidad de H 2 para la metanogénesis) y variables (pH. Microbiología de la digestión anaerobia: • Bacteria hidrolíticas: o Gram +: géneros Clostridium . celulosa. Diego Gómez Conde. VENTAJAS La digestión anaerobia es un proceso biológico degradativo en el cual. es decir. CO32-. La fórmula general de la digestión anaerobia es: Materia orgánica + Microorganismos Biogás + NH3 + P + Elementos minerales + Biomasa + Microorganismos La digestión anaerobia agrupa dos procesos: — Fermentación: degradación anaeróbica de materia orgánica sin variación del estado neto de oxidación de los compuestos generados. azucares. un medio sin presencia de oxígeno..) que intervienen en el proceso. temperatura. etc. ácidos grasos. El efluente líquido es una mezcla de biomasa y materia sólida en suspensión difícil de degradar (la totalidad de los elementos minerales y gran parte del fósforo y del nitrógeno).) Etapa homo-acetogenica: A partir de los productos anteriores (tanto mono como pluricarbonados) aparecen productos como acetato y H2. El biogás puede utilizarse como fuente de energía. Autores: Ana Isabel García Sancristobal. concentración de compuestos potencialmente tóxicos. Javier Pereira Hernández. principalmente mezcla deMaría CH4 yHortal CO2. - Etapas de la digestión anaerobia 123- Etapa hidrolítica: Se produce la degradación de moléculas orgánicas complejas (proteínas. — Respiración anaerobia: Respiración en la cual el aceptor final de electrones de no es O2 si no otros compuestos como NO2 . conocido como biogás. etc. presiones parciales de los gases disueltos. etc. una gran variedad de microorganismos (en su mayoría bacterias) transforman materia orgánica en un efluente líquido estabilizado y un gas. Luis González Muñoz. porYmedio de una DESVENTAJAS FRENTE A LOS PROCESOS AEROBIOS compleja serie de reacciones bioquímicas. Staphylococcus y bacteroides velocidad causará un aumento menos importante del volumen. Etapa metanogénica: Producción de metano y dióxido de carbono. Fe3+. En ambos. lignina. SO22-. NO3. MaríaseDolores Sarrablo Castillo espontánea en la naturaleza. etc. no se requiere consumo de oxígeno. Acetogénicas: Sintrofobacterias como Syntrophobacter wolinii. las bacterias anoxigénicas deben controlar el pH de su medio. En digestión anaerobia. en digestión aerobia se utilizan muchas más bacterias. En digestión anaerobia precisa de bacterias concretas y coordinadas. Aplicaciones ambientales — — — — — Tratamiento de residuos sólidos y líquidos Biodegradación de hidrocarburos del petróleo. En digestión anaerobia el arrancado es lento y difícil Menor eficiencia que los sistemas aerobios Alta sensibilidad de arqueas y metanogénicas a presencia de compuestos tóxicos.de diferentes formas. Ventajas e inconvenientes de la digestión anaerobia frente a la digestión aerobia Ventajas — — — — — — — Digestión anaerobia resulta mucho más económica. todas las que el sistema pueda permitir. En digestión anaerobia: poco espacio requerido. y Staphylococcus. Fango resultante ocupa menos volumen y secado más fácil que aerobia En digestión aerobia el exceso de biomasa debe ser tratado mediante un tratamiento secundario. bajo coste de mantenimiento y aplicable a escala muy variable. Metanogénicas: Gram + y Gram . Géneros como Methanobacterium.Microbiología Ambiental RESÚMENES DE LOS SEMINARIOS GRUPO 26 — Bacterias fermentativas acidogénicas: o Gram +: géneros como Lactobacillus. o Gram -: géneros como Escherichia y Salmonella. Streptococccus. gérmenes y olores. Digestión anaerobia: DBO es reducido a un 80% y DQO es reducido a un 50%. Inconvenientes — — — — — Digestión anaerobia está mucho más limitada que aerobia. además de esconderse del oxígeno. En digestión anaerobia puede recuperarse gran cantidad de energía en forma de biogás En digestión anaerobia se produce baja emisión de aerosoles. — B. proceso difícil de realizar por las bacterias. casi siempre anaerobio. Methanosarcina y algunos Clostridium. causando muchos problemas a los digestores. — B. Acuíferos Producción de combustibles Producción de energía 17 . Estas transformaciones son aparte del metabolismo normal. Muchos compuestos xenobióticos habituales en operaciones industriales. GRUPOS. Las razones de su persistencia son : — Químicas : sustituyentes extraños (Cl o otros halógenos). Clasificación Pesticidas: — Insecticidas Organofosfatados — Insecticidas De Cloruros Orgánicos Sólidos (Ddt) — Herbicidas Clorofenolólicos — Herbicidas Nitrofenólicos Y Nitrocresólicos Detergentes Sintéticos Hidrocarburos Aromáticos Policíclicos Hidrocarburos Alifáticos Clorados — Difenilos Policlorados (Pcb) — Pentaclorofenol — Dioxinas Hidrocarburos Aromáticos Nitrados: Explosivos Inorgánicos: — Metales. de las especies de microbios que intervienen y de las condiciones presentes del entorno. Por ello. BIOTRANSFORMACIÓN Y BIODEGRADACIÓN. pero las células aún deben llevar a cabo la transferencia de electrones y la energía de metabolismo. No Metales.RESÚMENES DE LOS SEMINARIOS 26. enlaces inusuales (carbonos cuaternarios). toxicidad. dependiendo del compuesto. algunos compuestos son transformados mediante cometabolismo o por un cambio en las condiciones ambientales en las que intervienen indirectamente los microorganismos. — Celulares: carencia de permeasas específicas. Muchos compuestos orgánicos e inorgánicos se transforman como donantes de electrones primarios o como aceptores de electrones. las transformaciones conducen a la formación de compuestos que son más peligrosos que los progenitores. Aniones Con Oxígeno. En ocasiones. etc. anillos aromáticos muy condensados o excesivos tamaños moleculares (plásticos). Los mecanismos de eliminación de toxicidad varían mucho. Sin embargo. actividades urbanas o en explotaciones agrícolas . La eliminación de toxicidad de compuestos peligrosos orgánicos e inorgánicos es a menudo intervenida de forma natural mediante las reacciones catalizadas por microorganismos. Radionucleidos. DEGRADACIÓN Y PERSISTENCIA EN EL MEDIO AMBIENTE. son persistentes en el medio ambiente y pueden llegar a causar graves problemas de contaminación. SINTROFÍA Y CO-METABOLISMO Los compuestos xenobióticos son generalmente recalcitrantes. — Físicas : insolubilidad. son parte de los electrones y energía de metabolismo normales de una célula.9 COMPUESTOS XENOBIÓTICOS Y RECALCITRANTES. es esencial el total 18 . Pesticidas El principal problema con respecto a productos químicos fueron los pesticidas clorados. Los pesticidas de carbamato se transforman rápidamente en el medio ambiente mediante hidrólisis. La tendencia de los pesticidas clorados a su gran reparto entre el suelo y tejidos grasos fue anteriormente reconocida como uno de los aspectos de su resistencia a la biodegradación por microorganismos. como la síntesis de un producto. Los pesticidas basados en fósforo son en general muy tóxicos. La estructura química de los pesticidas clorados los hace resistentes a reacciones de transformación biológica. que no podrían llevar a cabo por separado Biodegradación de contaminantes ambientales problemáticos Detergentes sintéticos Existen tres tipos básicos de detergentes sintéticos: aniónicos. Se encarga de controlar la degradación de compuestos químicos biológicamente resistentes. Este tipo de mutualismo se denomina también alimentación cruzada o fenómeno del satelitismo. nutrientes o sustratos aportados por otro organismo que vive cerca. El sintrofismo es la asociación en la que el crecimiento de un organismo depende de o mejora con los factores de crecimiento.RESÚMENES DE LOS SEMINARIOS conocimiento de la diversidad de contaminantes presentes y del mecanismo de su evolución en el sistema que se considera. contaminante extendido en los ambientes subterráneos. Los pesticidas de s-triacina son biodegradables. Los sustituyentes clorados y la gran ramificación bloquean los lugares de ataque de las enzimas. El alto grado de ramificación de estos grupos alquilícos imparte resistencia a la biodegradación. La relativa persistencia de alquilfenoles polietoxilados está relacionada con el grupo hidrófobo alquilo ramificado unido al anillo aromático.tienen una solubilidad que depende de polímeros de óxido de etileno unidos a un extremo hidrófobo que disuelve las grasas. catiónicos y no iónicos. En la actualidad la deshalogenación reductora se produce en condiciones anaerobias fuertemente reductoras para todos los compuestos aromáticos y alifáticos clorados. pero expuestos al agua se hidrolizan bastante rápidamente de forma química o mediante enzimas. Dos características de los pesticidas clorados que conducen a un gran perjuicio son su resistencia a la biodegradación y su hidrofobia. 19 . como por ejemplo el tricloroetileno (TCE). Un motivo de preocupación en los últimos años ha sido el descubrimiento de que los detergentes no iónicos del tipo alquilato tienden a persistir en aguas naturales. A veces. aunque las condiciones de reducción fuerte no se producen en todas partes en el medio ambiente. La sintrofía permita a las poblaciones microbianas realizar actividades. siendo el de mayor importancia el DDT. ambos se benefician. El cometabolismo es la transformación de un compuesto orgánico por un microorganismo que es incapaz de usar el substrato como fuente de energía o como un elemento nutritivo esencial. Los más importantes son los detergentes no iónicos los cuales. especialmente en condiciones aerobias (las condiciones anaerobias son más favorables para biodegradarlos). y por actividad humana. una oxigenación. Los hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH) se forman por la combustión incompleta de materia orgánica. Los compuestos BTEX (hidrocarburos aromáticos) se biodegradan en condiciones aerobias. aceptores de los mismos o bien por cometabolismo. Los compuestos menos clorados se biodegradan mejor en presencia de oxígeno. y la segunda se corresponde con la eliminación del cloro mediante el cometabolismo. Son biodegradables de forma aerobia. pudiéndose producir ácido benzoico. El primer paso de la oxidación aerobia del pentaclorofenol (PCP) es la deshalogenación oxigenolítica. las reacciones anaerobias son bastante lentas comparadas con las aerobias. En general. además. a diferencia de la biodegradación anaerobia que es bastante más compleja. La tasa de biodegradación aerobia depende de la complejidad de la molécula. la compleja estructura hace difícil que los organismos encuentren el lugar para realizar el ataque enzimático inicial. El paso inicial en la degradación de hidrocarburos por bacterias es. Esta transferencia se produce en dos fases: la primera es la oxidación del metano. al contrario que los más clorados que tienen una degradación anaerobia. Este primer paso se produce por mediante hidrólisis o por la acción de una enzima oxigenasa. Si esta oxidación continúa se produce la esconsión de uno de los anillos. usándose estos compuestos como donantes de electrones. como por ejemplo la transformación de TCE por bacterias metanotróficas. El cometabolismo aerobio de hidrocarburos alifáticos clorados. Disolventes clorados y otros hidrocarburos alifáticos halogenados Estos compuestos (CAH) son resistentes a la biodegradación por varios motivos: porque no son compuestos naturales y aun no han evolucionado los sistemas enzimáticos. Está surgiendo la evidencia de que los hidrocarburos alifáticos también pueden degradarse en ausencia de oxígeno. La ventaja para los microorganismos es que los productos de las reacciones de oxigenación están más disponibles. A pesar de esto su biodegradación es posible. se escinde y continúa la oxidación. de forma natural. Son biodegradables en condiciones aerobias. por su resistencia a la degradación química. 20 . En todas las trayectorias de los hidrocarburos aromáticos intervienen reacciones de oxidación. Este ácido oxida su anillo. y por su enlace carbono-halógeno. pero mayores cloraciones hacen difícil el ataque mediante enzimas del anillo. o sustitución de un grupo OH por un Cl. Uno de los aspectos de su escasa biodegradabilidad es su baja solubilidad en agua. La degradación de los difenilos policlorados (PCB) puede ser tanto en condiciones anaerobias como aerobias. o que contienen muchos anillos aromátios son difíciles de degradar. Los PCB con pocos átomos de cloro en la molécula pueden entrar fácilmente en la trayectoria de la oxidación aerobia del difenilo.RESÚMENES DE LOS SEMINARIOS Hidrocarburos Los compuestos orgánicos constituidos exclusivamente de carbono e hidrógeno se denominan hidrocarburos. Hidrocarburos aromáticos clorados: Estos compuestos con un solo anillo son de fácil degradación en condiciones aerobias. En condiciones aerobias la molécula de difenilo se degrada añadiendo oxigenasa de oxígeno elemental a uno de los anillos aromáticos produciendo grupos hidroxilo. Los hidrocarburos grandes muy ramificados. pero se producen y tiene importancia en el caso de los hidrocarburos aromáticos. pero los microorganismos pueden cambiar su especificidad provocando la alteración de movilidad y toxicidad. dando lugar a la formación de compuestos que se acumulan sin posterior degradación. RDX y HMX. La transformación biológica del HMX se produce mayoritariamente en condiciones anaerobias. como por ejemplo acetato o hidrógeno elemental. Por otra parte el PCP también sirve como aceptor de electrones en deshalogenación reductora. Uno de los métodos que los microorganismos utilizan para reducir concentraciones de elementos inorgánicos en el agua es mediante la inmovilización de la biomasa de microbios. de hecho estudios demuestran la escasa transformación de estas dioxinas. Los productos de transformación amínica dan lugar después de una serie de reacciones a productos grandes e insolubles. y se caracterizan por poseer grupos nitroso en la molécula La transformación del TNT produce un grupo amino como consecuencia de la reducción de un grupo nitroso. 21 . que comúnmente conlleva la adición de oxígeno con enzimas oxigenasas. conduciendo a lo formación de intermedios mono y di nitrosos Elementos inorgánicos: La destrucción de los elementos inorgánicos no es posible. para ello necesita la presencia de un donante de electrones. El RDX es más fácil de mineralizar que el TNT y no está sometido a procesos de transformación parcial. Explosivos: Los explosivos más importante son: TNT. que es muy importante porque muchas aguas contaminadas son anaerobias. por este motivo la desaparición de TNT se observa en entornos biológicamente activos.RESÚMENES DE LOS SEMINARIOS También se produce la degradación anaerobia. Las dioxinas son muy resistentes a la biodegradación aerobia. Sin embargo las bacterias que contienen dioxigenasas que sustituyen simultáneamente u grupo OH en un carbono portador de un enlace éter y en un carbono adyacente sin sustituir provocan la escisión del enlace éter y la mineralización de este compuesto. pero no se produce la mineralización. o exopolímeros microbianos. que introduce en la naturaleza un tipo de enlaces químicos prácticamente desconocidos en la Biosfera (xenobióticos). la humedad. pueden clasificarse en: — Ambientales. en ambos casos se consigue una biotransformación de sustancias peligrosas en sustancias menos tóxicas o inocuas. Henar Méndez Pérez. Luis Galán Gómez BIORREMEDIACIÓN La biorremediación es la utilización de tecnologías mediante las cuales se estimula la degradación de un contaminante o la capacidad de recuperación del ecosistema. sobre todo de átomos de carbono unidos covalentemente a grupos muy electronegativos (halógenos y grupos nitro y amino). Los problemas actuales de contaminación ambiental por especies químicas tienen su origen mayoritario en: — El desarrollo a gran escala de la química de síntesis desde comienzos del siglo XX. los nutrientes. cómo ésta afecta a sus propiedades químicas y físicas. cuyos procesos transforman a los metales desde formas biológicamente inactivas. — Las explotaciones mineras y metalúrgicas masivas . lo que confiere una extraordinaria estabilidad a los productos resultantes. con la consiguiente descarga de CO2 y las deposiciones ácidas de nítrico y sulfúrico.Luz Codesal Codesal. y su capacidad para ser biodegradado. pueden ser llevados a cabo por la microbiota autóctona de la zona contaminada o por microorganismos adicionados al efecto. la presencia de agua y la provisión de un aceptor de electrones adecuado. — Químicos. Son los necesarios para proporcionar las condiciones óptimas para el crecimiento de los microorganismos que llevan a cabo la biorremediación. Contaminantes físicos químicos y biológicos La actividad industrial y el desarrollo tecnológico produce necesariamente residuos y la contaminación sistemática del medio ambiente por esos residuos . Los de mayor importancia son: la disponibilidad del contaminante para los microorganismos. Cristina Encinas Fernández. — La demanda social y utilización masiva de polímeros sintéticos( típicamente los plásticos).. — La extracción y combustión de enormes cantidades de minerales fósiles (carbón y petróleo) como la base energética de todas las sociedades industrializadas. M. el oxígeno. mediante procesos biológicos. formados a base de productos del petróleo en combinación con aditivos de síntesis.RESÚMENES DE LOS SEMINARIOS 26-10 BIORREMEDIACIÓN: BIOESTIMULACIÓN Y BIOAUMETACIÓN Autores: Yolanda Aparicio Castellanos. Estos procesos de biodegradación.. el pH. El más importante es la estructura molecular del contaminante. — Físicos. Los factores que afectan a la biorremediación. y son: la temperatura.Margarita Loma del Amo. 22 . a especies iónicas con una alta reactividad en sistemas vivos. ) del entorno natural a tratar. de la naturaleza del contaminantes. — Tratamiento en lechos: consiste en esparcir los suelos contaminados excavados en una capa delgada sobre una superficie determinada. como son la bioventilación y el tratamiento en lechos. temperatura. se consigue que la velocidad de crecimiento de los microorganismos aumente y la degradación de los contaminantes. al igual que se inyectan nutrientes y soluciones especificas preparadas en laboratorio. Se utilizan cuatro métodos: 23 . sea más eficaz. La bioestimulación se aplica para biorrecuperar suelos contaminados o aguas subterráneas. La generación de residuos es algo consustancial a la existencia de las actividades petroquímicas y metalúrgicas sin las cuales nuestra sociedad actual no sería viable Estrategias de Biorremediación: bioestimulación y bioaumentación La bioestimulación es la estrategia. El aire entra a través de los pozos de inyección o "bio plugs". — La emisión de productos farmacéuticos al medio ambiente como consecuencia de la producción y el consumo creciente de moléculas bioactivas de síntesis o semi-síntesis. pero el deterioro medioambiental causado por la actividad industrial no es simplemente un problema técnico o científico.. La principal desventaja es que es un proceso lento. con su requerimiento tanto de abonos nitrogenados y de fuentes de fosfato de pesticidas y herbicidas para el control de plagas. Las nuevas biotecnologías pueden proporcionar un cierto remedio a muchos problemas de contaminación intensiva y extensiva.RESÚMENES DE LOS SEMINARIOS — Las prácticas de agricultura intensiva. nutrientes y humedad 16- Aguas subterráneas Aplicado a la recuperación de acuíferos in situ las técnicas existentes consisten fundamentalmente en añadir oxígeno.. y relativamente fácil y barata de aplicar. que consiste en adecuar (optimizar) las condiciones ambientales (tanto del sedimento como del agua) que componen el entorno de las bacterias. nutrientes o bacterias (bioestimulación) a aguas contaminadas. que requiere de un control técnico exhaustivo. permeabilidad. La principal ventaja en que es una técnica in situ.. Es un proceso muy efectivo para una completa restauración ambiental. estimulando la actividad microbiana aeróbica mediante la aireación y/o la adición de minerales. Cuando se aplican estas técnicas hay que realizar un estudio previo de las condiciones del terreno: pH. concentración de oxígeno. Un problema asociado es el de los residuos resultantes de la manufactura y consumo de productos vegetales o de origen vegetal. nutrientes etc. 15- Suelos contaminados Aplicada a suelos pueden emplearse diferentes técnicas. humedad. — Bioventilación: consiste en una biodegradación aeróbica estimulada por oxígeno introducido a través de la ventilación del suelo. o su transformación.. en biorremediación. Modificando los factores ambientales (temperatura. . Uno de estos grupos son los organoclorados donde se ha avanzado considerablemente en la generación de bacterias recombinantes capaces de degradar estos contaminantes. realizados en suelo. Es una estrategia de la biorremediación que se utiliza normalmente a continuación de un desastre ambiental o para mejorar un tratamiento. Bombeo. lo que provoca una circulación de agua aireada. Biobarriers : una barrera permeable reactiva es básicamente una barrera que permite el paso del agua subterránea pero que impide el movimiento de los contaminantes. Difusión de aire: método que consiste en añadir oxígeno y a veces nutrientes en la zona contaminada por difusión de aire. Para la selección de microorganismos adecuados. se le adiciona oxígeno. bajarán hasta el acuífero (este método se utiliza en acuíferos poco profundos). utilización de productos comerciales (comprar" variedades microbianas muy adaptadas). Normalmente ésta técnica se utiliza para añadir nitratos. Cuando la actividad necesaria para degradar un contaminante concreto no esta presente de forma natural en la zona contaminada. librando al agua subterránea de su carga contaminante. Eso se logra consiguiendo unas condiciones químicas que degraden o inmovilicen los compuestos más recalcitrantes. por infiltración (transporte vertical). 24 . Esto permite el desarrollo de una biodegradación in situ y un gran incremento en la velocidad de recuperación del acuífero. o aireación interna del pozo (AIP). ingeniería genética (la elaboración en el laboratorio de un microorganismo genéticamente modificado que sea eficiente sólo para ese caso). capaces de degradar un componente específico. los productos de la fermentación se mueven más que los contaminantes y podría extender la zona contaminada. se trata. sino de aumentar su eficiencia. Desventajas: sólo crecerán bacterias anaerobias o facultativas.RESÚMENES DE LOS SEMINARIOS — — — — Infiltración de materiales dentro del acuífero: consiste en esparcir un vertido con nutrientes sobre la superficie del suelo siguiendo una serie de zanjas. Existen grupos de compuestos especialmente peligrosos para el hombre en los que la biorremediación ha logrado importantes avances. Normalmente se agrega peroxido de hidrógeno (H202) como aceptor de electrones. Se utilizan dos métodos: . desarrollados para proveer mayor reducción orgánica o capacidad de degradar componentes previamente considerados biodregadables. nutrientes y en algunos casos bacterias. El agua contaminada se bombea a un colector. fango o mar. y se inyecta de nuevo en el acuífero. Estos. se le puede añadir microorganismos provenientes de otras fuentes cuya efectividad haya sido ensayada. Elevación del agua a la zona superficial del pozo succionando aire. La bioaumentación es un procedimiento que consiste en la aumentación bacteriana mediante la adición de cultivos especializados. el número de compuestos degradados a través de este método es limitado. existen fundamentalmente tres métodos: enriquecimiento selectivo (aumentar la población de un microorganismo específico con relación a la inoculación inicial). con el objetivo no de reemplazar la biomasa existente. tratamiento y recirculación: consiste en combinar la recuperación con bombeo (ex situ) más un tratamiento y la biorrecuperación (in situ) con inyección de oxígeno y nutrientes. sedimento. Difusión hasta el acuífero in situ (DAI) forzando la entrada de aire hacia el interior del mismo. así como la solubilidad. aunque también encontraremos otras anaerobias. José Pahissa López Hidrocarburo: Compuesto orgánico natural o sintético compuesto por átomos de carbono e hidrógeno q por lo tanto están muy reducidos. la dispersión del vertido en el terreno y la optimización de la recuperación de petróleo (EOR. Biodegradación: Proceso natural mediante el cual organismos degradan compuestos hidrocarbonados en otras sustancias como CO2. Bacterias: Gran parte de las bacterias degradadoras tanto de petróleo como de alguno de sus derivados son aerobias. por ser la biodegradación del petróleo también un proceso aerobio principalmente. Estas propiedades son especialmente importantes en la biorremediación. los cuales las utilizan como la fuente de carbono necesaria para su crecimiento y de energía para sus funciones metabólicas. bien transformándolas en sustancias de carácter menos tóxico o bien convirtiéndolas en inocuas para el medio ambiente y la salud humana. Marta Hernández-Abad Alarcó. Victoria Monteagudo Cuesta. bacterias. Los parámetros críticos a considerar en un tratamiento biológico son: tipo y concentración de contaminante. Estos sistemas de descontaminación se basan en la absorción de las sustancias orgánicas por parte de dichos microorganismos. carcinogénicas y tóxicas. Podría decirse que la "biorremediación" es un proceso optimizado de biodegradación. Estos compuestos tienen regiones hidrofóbicas e hidrófobas específicas. así como de la fuente de carbono utilizada. su propiedad de escasa solubilidad dificulta aún más la biodegradación natural. Los biosurfactantes de origen microbiano de más amplio uso son glucolípidos. Además. La biorremediación consiste principalmente en el uso de diferentes organismos (plantas. aireación. etc. el aumento de la detergencia. condiciones macro ambientales. la humectación y la dispersión de fase. La importancia de la contaminación producida por estos compuestos está determinada por sus características mutagénicas. las bacterias principales y trascendentales en degradación de hidrocarburos son: 25 . Estos biosurfactantes son excelentes agentes de dispersión y se han utilizado frente al vertido petrolífero del EXXON Valdez.11 DEGRADACIÓN DE HIDROCARBUROS.RESÚMENES DE LOS SEMINARIOS 26 . H2O y otros compuestos poco nocivos para el medio ambiente. Requerirán de oxidación para su degradación. concentración de microorganismos. Los microorganismos se obtienen del suelo contaminado del lugar Biosurfactantes: Se utilizan para la emulsificación.) del medio para neutralizar sustancias toxicas. y la estructura del compuesto las características finales dependen de las condiciones de crecimiento particulares. del inglés enhanced oil recovery). Cristina Cabrera Ravina. levaduras. Adhara Montalbán Benitez. Una de las medidas biocorrectoras más empleada es la utilización de microorganismos para la descontaminación de suelos. hongos. concentración de nutrientes. presencia de inhibidores y biodisponibilidad del contaminante Bioaugmentación: Este proceso implica incrementar drásticamente la masa microbiana del suelo mediante la adición de microorganismos similares a los presentes en el suelo obtenidos mediante cultivo en reactores biológicos. BIORREMEDIACIÓN DE VERTIDOS PETROLÍFEROS Autores: Laura Aguado Clemente. CONTROL MICROBIOLÓGICO DE LA CONTAMINACIÓN POR METALES PESADOS Y BIOMINERÍA. sino que cada vez podemos relacionarla más con el medio ambiente. 2000). Sin embargo la tecnología no solamente aplica organismos vivos y sus componentes a procesos industriales tradicionales. En el biosparging el aire y los nutrientes se inyectan en la zona saturada para mejorar la actividad de los microorganismos presentes. purificación del aire. También importantes son: Actinomyces. Ésta técnica se utiliza para la limpieza de los compuestos orgánicos en suelos y agua subterránea. Morales Pauli M. agua y biomasa. 26-13 METALES PESADOS Y MEDIO AMBIENTE. significativa en la degradación de petróleo: pseudomonas putida. Arthrobacter: son bacterias que suelen habitar suelos al igual que Acromobacter. Bioventing o inyección de aire Arroyo et al. Una de ellas. Ruiz de la Fuente Cristina INTRODUCCIÓN Hablar de interacción entre bacterias y metales pesados parece una contradicción. y por biodegradación. eliminación de contaminación en aguas residuales. Ejemplos claros son los procesos de biorremediación.Florencia. facilitando la migración de la fase volátil de los contaminantes. tales como la producción de alimentos o medicamentos. Martín González Natalia. tratamiento de suelos y de residuos sólidos. Métodos biológicos de degradación de compuestos tóxicos Biofiltración El proceso de biofiltración se basa en la entrada de aire contaminado a birreactores en los cuales la flora microbiana convierte los contaminantes orgánicos volátiles en dióxido de carbono. Autores: Barbero Roucet Jorge. Se ha demostrado la eficiencia del biosparging para la degradación de herbicidas como la atrazina (Crawford et al. Hernández Caballero Denís. 26 . ya que al incrementar la oxigenación del suelo se va a estimular la actividad microbiana Biosparging El biosparging es definido por Wilson (1999) como un método in situ que combina el efecto de la ventilación con la utilización de microorganismos autóctonos para degradar compuestos orgánicos absorbidos por el suelo en la zona saturada. (2001) definen como bioventing un tratamiento de biorrecuperación in situ consistente en la ventilación forzada del suelo mediante la inyección a presión de oxígeno en la zona edáfica no saturada mediante pozos de inyección. Puesto que los microorganismos desarrollan su actividad en medio líquido. Robledillo Colmenares Natalia. Flaviobacterium y Corynebacterium. La biotecnología ambiental aplica procesos biológicos modernos para la protección y restauración de la calidad del ambiente.RESÚMENES DE LOS SEMINARIOS Pseudomonas: son Eubacterias gram negativas aerobias y muy importantes por su función de degradación de compuestos antropogénicos. Debido a la aireación del suelo se va a favorecer la degradación de los hidrocarburos por dos motivos: por volatilización. la biodegradación debe tener lugar en fase acuosa. y en general no establecen interacciones con los metales pesados. intoxicaciones. Un metal pesado no es tóxico en su forma elemental. sino que además. En general un metal pesado suele ser tóxico a concentraciones encontradas en ambientes contaminados. Son las bacterias mineras que no sólo sobreviven en condiciones de acidez intolerables para otras especies. analizaremos una actividad antropogénica como la minería. cobre. oro. bajos costos de operación. aminoácidos.0. relativa ausencia de contaminación ambiental.) para obtener energía y materia. La especie más destacada es la T. El inconveniente principal es la lentitud relativa del proceso. etc a partir de sus alrededores. actividad que por supuesto acumula grandes cantidades de elementos metálicos. Gram -. como producto de su metabolismo se obtiene ácido sulfúrico y compuestos reductores y oxidantes. Ni. hierro.RESÚMENES DE LOS SEMINARIOS METALES PESADOS Como es sabido gran diversidad de metales son requeridos por sistemas biológicos para el funcionamiento adecuado de los organismos. La biominería es la aplicación de la biotecnología a la actividad minera para obtener la disolución y recuperación de sustancias minerales útiles como carbón. ferroxidans (bacilo. etc. contenidas en las menas. ya que un microorganismo tiene mecanismos de especificidad para acumular Cu. Esta tecnología microbiana presenta ciertas ventajas sobre los métodos no biológicos: requiere menos inversión de capital. Viven en condiciones de temperatura y acidez favorables. BIOMINERÍA-CONTROL MICORBIOLÓGICO Definimos biotecnología como el empleo de sistemas biológicos en los diversos procesos industriales. estaño. quimioautotrófico. En consecuencia. Esta especie y otras similares llevan a cabo la biolixiviación La lixiviación microbiana es un proceso que utiliza microorganismos para oxidar minerales sulfurados. en el crecimiento y función metabólica. pudiendo provocar daños importantes en un organismo (malformaciones. a las estrategias que utilizan para concentrar metales a partir de una disolución y para separarlos de contaminantes disueltos. A partir de esta tecnología 27 . es aerobio. si forma una sal o si está en combinación química. plata. elementos cancerígenos. etc. pero puede ser perjudicial si se presenta a concentraciones mayores que las requeridas. En el caso particular de los metales pesados.) IMPLICACIONES MICROBIANAS Las bacterias tradicionales utilizan compuestos orgánicos (azúcares. Estas condiciones permiten que dichos microorganismos puedan desarrollarse en ambientes con altas concentraciones de metales pesados. en membranas celulares. Zn. éstos son incorporados y acumulados intracelularmente por los microorganismos sin que se sepa bien porqué absorben y almacenan dichos elementos tóxicos. su temperatura óptima oscila entre 25 y 35°C). la recuperación de metales por medios biológicos puede tardar décadas. El funcionamiento incorrecto de este sistema altamente especializado repercute en el balance osmótico celular. etc. Pero existe otro tipo de bacterias que obtienen su energía de la oxidación de compuestos inorgánicos y su materia del dióxido de carbono atmosférico.5 y 3. acidófilo: pH entre 1. Los organismos responsables de la disolución de los metales a partir de minerales son principalmente organismos quimiosintéticos y autotróficos pertenecientes al género Thiobacillus. mientras que por procesos de extracción y fundición podrían obtenerse en pocos años. oxida iones ferroso y azufre para obtener energía. Nos referiremos entonces a estas bacterias en particular. fija dióxido de carbono para obtener carbono. Co. producir una disolución natural y liberar los valores metálicos de las rocas que los contienen para luego poder ser extraídos. RESÚMENES DE LOS SEMINARIOS bacteriana se extraen metales como uranio. Algunos sulfuros que se oxidan: sulfuros de cobre. La biooxidación de sulfuros como aplicación de procesos biotecnológicos (proceso aerobio). Biolixiviacion indirecta: Transcurre lentamente y en ausencia de microorganismos. Estas formas oxidadas son altamente solubles en las aguas subterráneas y al ser reducidas se vuelven insolubles y precipitan. De esta forma ciertas bacterias pueden degradar la pirita (FeS2) y la arsenopirita (FeAsS) en las que oro y/o plata se encuentran encapsulados. aunque éstos favorecen el proceso. Este proceso involucra bacterias. Se intercambian iones sobre la superficie de la biomasa utilizada e iones de la disolución acuosa contaminada — PRECIPITACIÓN EXTRACELULAR (proceso anaerobio) Algunas bacterias tienen la capacidad de precipitar el metal contenido en una solución. de níquel. precipitar y acumular metales intracelularmente. — BIOADSORCION Es otra técnica que utiliza polímeros naturales con capacidad de unir iones de metales pesados a la superficie celular. cobre. Los microorganismos reductores de metales (bacterias sulfato reductoras) producen una reducción directa de las formas oxidadas de los metales. cobalto presentes en menas o en un concentrado mineral. El metal se disuelve. hongos y algas y se realiza sobre biomasa seca ya que los grupos funcionales de las macromoléculas de las paredes celulares se mantienen activos aún cuando el microorganismo ya no vive. El producto final de la biolixiviacion es una solución ácida que contiene el metal valor en su forma soluble. Ciertas bacterias del género Pseudomonas presentan enzimas que reducen los iones metalicos (cationes) a las formas neutras y así los vuelven mucho menos tóxicos. de zinc. Mecanismos: Lixiviación bacteriana directa: Se oxida sulfuro insoluble a ácido sulfúrico. sin intervención de sulfato férrico. de metales raros y sulfuros de metales preciosos anteriormente mencionados (pirita y arsenopirita). — BIOACUMULACION O ACUMULACIÓN INTRACELULAR Es una técnica de biorremediación en la que distintos metales se incorporan al interior de las células de microorganismos. RECUPERACIÓN DE METALES La biorrecuperación de los metales presentes en las soluciones se lleva a cabo por medio de distintos microorganismos capaces de adsorber. La absorción o sorción al interior de especies metálicas se produce por distintos mecanismos de acumulación al interior de células de biomasa viva. 28 . de antimonio. zinc. La biorremediación es una de las tecnologías limpias utilizadas para eliminar los contaminantes metalicos de los efluentes mineros a partir de materiales de origen biológico. Muchos sulfuros metálicos pueden ser atacados por acción bacteriana produciendo los correspondientes sulfatos solubles. níquel. Este mecanismo es responsable de la disolución de varios minerales sulfurados de cobre de importancia económica. de plomo. Este proceso se lleva a cabo únicamente por medio de microorganismos. Asimismo los implantes médicos también son un buen medio para la evolución de biopelículas. Patricia Rigueira. Esta les permite coexistir en ambientes en los que las poblaciones individuales no podrían vivir ya que atrapan por difusión nutrientes producidos por células vecinas. Este proceso recibe el nombre de EPIBIOSIS. ya que consumen nutrientes. 29 . Estas biopelículas se forman cuando las poblaciones microbianas están encerradas dentro de una matriz. Ejemplo: pseudomonas aeruginosa. que facilitan la adherencia de unas células con otras o a la superficie. crecimiento y posterior actividad de las bacterias modifican las condiciones ambientales de las superficies. formando así una película macromolecular acondicionada. La colonización. Tres tipos de dispositivos: filtros biológicos. — En la industria los "biofi lms" pueden reducir el flujo de cualquier liquido que circule a través de tuberías y acelerar la corrosión de los propios tubos. BIOCORROSIÓN Autores: Marta Condado. microorganismos anaerobios. notable formadora de biopelículas. Las poblaciones se mueven dentro de las biopelículas y nuevos microorganismos desplazaran a los originales basándose en una secuencia de acontecimientos físicos y biológicos. el control de biopelículas requiere un gran esfuerzo y hasta ahora solo se dispone de un repertorio limitado de instrumentos para combatirlos. IMPORTANCIA EN LA SALUD Y EL MEDIO AMBIENTE El desarrollo de biopelículas tiene implicaciones significativas en la salud humana y en diversas industrias: — Estas células bacterianas están protegidas ante ataques del sistema inmunitario y los antibióticos provocando enfermedades. Javier Hedo. Por todo ello. Javier Álvaro Ruíz de Eguilaz. Alvaro Riesgo Castro BIOPELICULAS Los microorganismos crecen incluidos en biopelículas. entre los cuales esta: el descubrimiento de nuevos antibióticos capaces de penetrar en ellos y fármacos que interfieran en la comunicación intracelular.RESÚMENES DE LOS SEMINARIOS 26-14 BIOPELÍCULAS. La calidad del agua potable puede verse amenazada por las biopelículas. Paz de Arespacochaga Fernández. En las biopelículas de nueva formación el rápido uso de los nutrientes conduce a un aumento de biomasa bacteriana provocando un aumento de la demanda de oxigeno proliferando por tanto. compuesta por polisacáridos que contienen uno o más ácidos urónicos aniónicos. Ángela García. Actualmente existe una clase de compuestos químicos estables y no tóxicos para los humanos capaces de acabar con estas biopelículas llamados furanonas. filtros biológicos de goteo y biopurificadores. También degradan objetos sumergidos tales como componentes estructurales de plataformas petrolíferas. Jaime Paredes. Marta Hernández. barcos e instalaciones costeras. IMPORTANCIA ECOLÓGICA Y AMBIENTAL. El desarrollo de una biopelícula se inicia cuando una superficie sólida se sumerge en un medio acuático y las moléculas orgánicas son absorbidas por dicha superficie. BIORREMEDIACION DE CONTAMINANTES DEL AIRE: La biorremediacion es una nueva solución biotecnológica a los problemas de contaminación que emplea microorganismos. producen desechos y sintetizan materiales. Ferrobacterias (géneros tales como Sphaerotillus. 30 . También se utilizan agentes químicos o inhibidores. Thiobacillus). alimentaria. La biocorrosión es un proceso que se puede producir en medios tanto anaerobios. hongos o microalgas. implicando un importante gasto económico. se desarrollan mecanismos que implican recubrimientos. entre otras. limpieza frecuente. Sulfatobacterias (por ejemplo el género Thiobacillus). pérdidas del producto. Para controlar y tratar de evitar la corrosión. Las principales medidas de control que se toman son. BIOCORROSIÓN La biocorrosión es el deterioro de materiales metálicos. Los biopurificadores son eficaces para los compuestos orgánicos volátiles altamente hidrosolubles. cambio de pH. en presencia de O 2 y CO2 disuelto. revestimientos. textil. provocado por la acción directa de bacterias. y al hacer pasar corrientes de gas con contaminantes orgánicos a través de ellas los contaminantes se degradan. etc. Los principales gastos económicos se ven motivados por pérdidas en las interrupciones de la producción. como en ambientes aerobios. utilización de biocidas. Afecta a numerosas industrias como la química. y/o utilización de aleaciones más resistentes. y a temperaturas altas. con la actuación principal de bacterias reductoras de sulfatos. El tipo de bacterias que intervienen son generalmente Pseudomonas. etc. Este proceso se acentúa en medios con pH ácido. de papel. por contaminación de productos(envases metálicos) y/o pérdidas de rendimiento. aislamientos. análisis de la posible existencia de microorganismos.RESÚMENES DE LOS SEMINARIOS En los dos primeros las biopelículas crecen sobre superficies sólidas. Sulfatorreductoras (por ejemplo las especies Desulfovibrio Desulfuricans).