PROYECTO PROCESOS DE BIORREMEDIACIONPRESENTADO POR: YISEL ANDREA HERRERA BECERRA Código 1022356916 ALVARO DIAZ GONZÁLEZ Código 83056633 CÉSAR DAVID PUENTES FLÓREZ Código 1022372935 EDWARD ANDRES OLARTE GOMEZ Código 91535665 YIRE PAOLA GARCÍA Código 1014252451 GRUPO 358025_5 PRESENTADO A: Ingeniero JUAN FERNANDO GOMEZ DIRECTOR DE CURSO UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA ESCUELA DE CIENCIAS AGRÍCOLAS, PECUARIAS Y DEL MEDIO AMBIENTE PROCESOS DE BIORREMEDIACION 2014. en especial curtiembres. fosforo. zinc. INDICACIÓN DE LA NECESIDAD O NO DE UN PROCESO INICIAL ANTES DEL TRATAMIENTO DE BIOREMEDIACIÓN. Esto genero preocupación. a través de su proceso natural. pues el Cromo en concentraciones grandes produce cáncer. El biosólido contiene nitrógeno. selenio y aluminio. realice la fitorremediación y elimine lo más que se pueda metales pesados. plomo. acumular. los cuales podrían ser cancerígenos. Para la Biorremediación de Biosolidos es necesario tener en cuenta diversos factores como lo son las concentraciones de Metales pesados los cuales determinan la efectividad y el tipo de organismo que puede ejecutar la labor de remediación en esta zona. el proceso no impacte negativamente sino positivamente a los agentes bióticos que puedan estar rodeando el proceso y al mismo tiempo logre eliminar del biosólidos la presencia de los metales pesados. potasio y otros elementos que lo convierten en un excelente y barato abono que se distribuía en unas 20 fincas lecheras. Lo ideal es que el proceso se realice ambientalmente sostenible teniendo en cuenta que si lo que se desea es eliminar metales pesados. Para recordar. es una opción innovadora. la vegetación cercana también es importante tenerla en cuenta así como la presencia y/o distancia de aguas superficiales y subterráneas. ambientalmente amigable ya que se aprovechan las habilidades naturales que tienen las plantas para extraer.CASO PLANTEADO En una planta de tratamiento de Aguas Residuales. biosólidos que contienen metales pesados pero en mayor abundancia el cromo. esta evaluación examina los suministros cercanos de agua teniendo en cuenta aguas lluvia ya que como se trabajara con plantas ellas necesitan este compuesto para poder desarrollar sus procesos naturales. almacenar o degradar compuestos inorgánicos y orgánicos. manganeso. Estos resultan de los procesos industriales de empresas. lo ideal es tener un suelo rico en nutrientes. Para poder aplicar este método de biorremediación se necesita antes haber hecho algunos estudios del sitio donde se colocara los biosólidos. con el fin de que la planta seleccionada. CON LA JUSTIFICACIÓN DE LAS RAZONES. arsénico. Si las concentraciones de Cr resultan ser bastantes altas para la salud y con la información previa en mente. El problema es que también están contaminados con metales pesados: Cromo. En este caso tenemos un biosólidos provenientes de la planta de tratamiento de aguas residuales PTAR San Fernando. alimentos de la vacas (y de ellas de consume su leche). además los lodos estaban siendo utilizados como abono sin tener la plena certeza de que no causarían ningún daño a los suelos y de rebote de agua. Como anteriormente se había mencionado se debe realizar una evaluación del sitio observando las condiciones necesarias para llevar a cabo la fitorremediacion. Por lo pronto se prohibió arrojar los Biosolidos a más fincas y aquellas donde ya se hizo serán usadas como laboratorios para conocer sus reacciones. mercurio. en especial el cromo. se ha logrado disminuir la contaminación de un río urbano en un 80 por ciento. otro aspecto importante a tener en cuenta son las características del suelo. De estos procesos físicos y químicos sale el agua para que siga corriendo por el lecho y diariamente quedan cien toneladas de un lodo al que los técnicos llaman biosólido. cobre. . Cual es su propuesta de Biorremediación. la fitorremediacion es un tratamiento que elimina contaminantes a través del uso de plantas capaces de restaurar y estabilizar suelos o aguas impactadas. lo cual permite saber los parámetros físicos y químicos específicos de la zona de estudio.5. sino sólo movilizados o inmovilizados para extraerlos desde matrices sólidas o de soluciones. lodo. esta estrategia biológica depende de las propiedades catabólicas que presentan los microorganismos. . Caracterización de los metales que se encuentran en la PTAR. es por esto que se determina la concentración y el daño que genera sobre el suelo. Los metales pesados no pueden ser degradados.5 y 8. la biorremediación se define como los procesos en los que se usan microorganismos o enzimas producidas por estos para transformar o degradar contaminantes tóxicos en los ecosistemas. Bioacumulación y persistencia) Características del suelo (arenoso. sedimento etc…) a tratar y las propiedades fisicoquímicas del contaminante. Como se observa en el Caso planteado los suelos ya están muy contaminados por varios metales pesados. Los estudios que determinarán la efectividad y confirmaran si el ambiente es apropiado para que el microorganismo actúe degradando los contaminantes (Metales Pesados) son: • • • • • • • Tipos de Suelo a tratar. pH: entre 5. limoso u otro) Determinar si los metales generan un ambiente aerobio o anaeróbico. respectivamente. Estos contaminantes son llamados también xenobioticos (termino que se refiere a las sustancias artificiales que no pertenecen a los sistemas biológicos naturales). (Curtiembres) pH. quienes utilizan los contaminantes para su desarrollo.En el momento que se realiza un proyecto de Biorremediación se debe hacer un estudio previo del lugar. a fin de disponer de ellos de modo seguro. Según la Environmental Protection Agency (EPA). Las pruebas previas no solo determinaran el microorganismo a utilizar sino también las condiciones en las que este trabajara para degradar los metales Es importante realizar un estudio de factibilidad para caracterizar las propiedades específicas del sitio. Hay dos aspectos para determinar en este estudio: La caracterización de las propiedades fisicoquímicas (suelo. además pueden ser absorbidos por las plantas y los tejidos animales. Los contaminantes que se liberan en las superficies pueden ser transportados verticales y lateralmente a los suelos de aguas y eventualmente pueden ser inhalados o ingeridos a través de aguas para el consumo humano. Presencia de agentes oxidantes y/o reductores que permitan las reacciones metabólicas de los microorganismos. Parámetros Fisicoquímicos de los metales (Toxicidad. Antes de determinar cuál proceso de Biorremediación es el más adecuado se deben estudiar algunos factores determinantes en la efectividad del proceso. Identificación de los metales encontrados en los procesos industriales de empresas. hongos y algas) [1][2] es: Temperatura: 15-45°C. El ambiente más favorable para la mayor parte de los microorganismos (bacterias. Relación de nutrientes carbono: nitrógeno: fósforo de 120:10:1. utilizando soluciones tamponadas. al momento de evaluar la factibilidad de aplicación de un proceso de biorremediación son: pH. Entre ellas se encuentran la capacidad de intercambio iónico y la cristalografía de la muestra. generalmente emplean como catión índice el NH4+. se aplica la siguiente ecuación: %ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 = 𝑃𝑒𝑠𝑜𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 − 𝑃𝑒𝑠𝑜𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 ∗ 100% 𝑃𝑒𝑠𝑜𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 3. 8. 5. Los métodos más utilizados. que por lo general se expresa en mmhos/cm o en . Contenido de humedad: Esta determinación debe realizarse con los residuos en sus condiciones iniciales. pH: Es importante hacer un análisis del pH debido a que este es uno de los parámetros que más variaciones registra. Caracterización Fisicoquímica: Las características más importantes del residuo. Na+ o Ba2+. 9. Para ello.5 (relación sólido: agua). al poner en contacto una solución que contenga dicho catión con una muestra de sólido.INDICACIÓN DE POR LO MENOS 10 DE LOS ANÁLISIS PREVIOS NECESARIOS ANTES DE LA PROPUESTA DEL PROCESO DE BIORREMEDIACIÓN Y JUSTIFICACIÓN DE SU REALIZACIÓN. además de favorecer el desarrollos de los microrganismos que degradan los contaminantes. Igualmente existen otros parámetros importantes. lo cual se da por los nutrientes que se añaden y que estimula el crecimiento de estos organismos que aumentan la biomasa e incrementan el pH. Conductividad eléctrica: Se conoce por ser la capacidad de una solución acuosa para transportar una corriente eléctrica. K+. así como la concentración de cada uno de ellos. 7. valorando el exceso de dicromato con una sal de hierro(II). La determinación consiste en la oxidación del carbono orgánico que contiene el sólido con un exceso de dicromato potásico en medio fuertemente ácido. Se determina el pH de los residuos mezclando estos con agua en relación 1:2. Bioacumulación: Este estudio es necesario para determinar el Porcentaje (%) que ocupa el crudo en el manglar y Suelo. El porcentaje de carbono oxidable también se determinó mediante esta técnica. Contenido de metales por digestión ácida: Para conocer los metales presentes en los lodos. 6. 4. se puede tomar un volumen de sólido y 2. contenido de materia orgánica. Se mide el pH de la fase acuosa empleando un pH-metro. Materia orgánica: El contenido de materia orgánica se analiza mediante el método de Walkey y Black [4]. que pueden aportar información útil para conocer más adecuadamente las características del residuo. se puede realizar una digestión ácida del residuo [3]. Capacidad de intercambio catiónico (CIC):La CIC se determina a partir de la cantidad retenida de un catión índice. Cationes de intercambio: Esta determinación se realizó mediante que latometría con EDTA (Ca2+ y Mg2+) y fotometría de llama (Na+ y K+). Previamente a establecer el proceso se tienen en cuenta unos protocolos predefinidos: 1. 2. contenido de metales y especiación de los mismos.5 volúmenes de agua. se agitan y se deja decantar el sólido. sin embargo los microorganismos pueden interaccionar con ellos transformándolos los cuales obedecen a cambios en el estado de oxidación. 12. contiene grandes cantidades de materia orgánica. Además los microorganismos pueden actuar y biodegradar la materia orgánica y los compuestos orgánicos (ácidos húmicos principalmente). en este caso el Carbono (C) y el Nitrógeno (N). cromo y posiblemente otras sustancias en cuyo exceso resultan dañinas para la biosfera. Teniendo en cuenta la normatividad (NOM-021-RECNAT-2000) establece dSiemens/m a 25ºC. ya sean hongos.mSiemens/m. Contenido de Nitrógeno y Carbono: Este estudio es muy utilizado para lograr una correcta remediación. concentración y toxicidad. además de invertebrados y vertebrados que pueden ser vectores de los microorganismos anteriormente mencionados. Según el caso descrito. (2004) plantean que se deben considerar varios aspectos que influyen en el proceso de biodegradación y que es la Biodegradabilidad del contaminante en donde se debe tener en cuenta la estructura molecular. Temperatura: Se considera una de las más importantes. esto influye de forma drástica en la movilidad del contaminante. parásitos. Fernández. para que la biorrecuperación sea efectiva. ya que influye en la velocidad de degradación de los Biosolidos. ya sea para otros tipos de desperdicios sean orgánicos u inorgánicos que pueden traer consigo más tóxicos. sin contar que sirven como puntos de sucesión para una gran cantidad de microorganismos. modificando igualmente su movilidad. favoreciendo así su eliminación del medio. 11. La elección entre una u otra transformación dependerá de sí se pretende eliminar la contaminación o sí se quiere evitar su llegada a zonas específicas. Sin embargo semejante cantidad de bio sólidos pasa una gran cantidad de tiempo estancada antes de ser recogida. El principal problema de los metales pesados en el ambiente es que no pueden ser biodegradados. por lo que sirve como punto de acumulación. ya que en algunos casos aumenta la solubilidad de los productos de alteración. Para un correcto proceso de Biorremediación las temperaturas adecuadas están entre 20 ºC y 40 ºC. se tiene una cantidad masiva de bio sólido acumulada en un solo lugar. Además de estas condiciones. 10. bacterias o procariontes de diferentes tipos. es necesario que los microorganismos sean los apropiados para el contaminante y que éstos no sean tóxicos para los microorganismos. Estos aspectos son importantes porque prácticamente determinan el tiempo del proceso de limpieza en el lugar afectado. Por ello se deben realizar por lo tanto estudios previos según se muestra en la siguiente tabla (Lodos y Biosólidos. ramificaciones en sus cadenas moleculares. si tiene halogenación. solubilidad en agua lo cual determina la disponibilidad del contaminante. ya que es importante la participación de varios nutrientes. 2003) . y en otros casos disminuye produciéndose una inmovilización del contaminante. (1996) y Gómez. Typha latifolia y Cyperus . el proyecto se debe ejecutar en dos fases. REALIZAR LA PROPUESTA DE BIOREMEDIACIÓN MÁS COHERENTE PARA REALIZAR LA REHABILITACIÓN DE LA ZONA. están longitudes nos darán idea de los metales que pueden estar presentes en una muestra (Gonzales. en donde a modo escala se simulan unos reactores con biosólidos provenientes de la PTAR. Estos biosólidos se siembran con tres especies vegetales (Phragmites. A PARTIR DE LA SITUACIÓN PROBLEMA PLANTEADA. 2009). La primera fase se realiza en un laboratorio de suelos y bacteriología debidamente acreditado por el IDEAM.La caracterización de los metales pesados puede ser realizada por longitudes de onda en un espectrómetro calibrado para la tarea. los cuales ya han sido caracterizados y evaluados y en donde se han obtenidos resultados en donde se conocen altas concentraciones de metales pesados en especial el cromo del cual puede estar afectando la cadena productiva del ganado lechero. Para desarrollar la aplicabilidad del proceso de fitorremediación en los biosólidos provenientes de la PTAR San Fernando como alternativa tecnológica. con dos controles sin plantar.papirus) con el objetivo de identificar cual es la más tolerante y de mejor comportamiento a los metales presentes en los lodos. destacándose las especies que toleran los Hidrocarburos y metales pesados. para evaluar su tolerancia a los metales. dos de ellos con sedimento contaminado con hidrocarburo 10. con capacidad de 5 Kg de sedimento Cada una de las especies fue sembrada en tres reactores. se adiciono triple 15 a tres de las unidades. se usaron reactores a una escala mayor. Para determinar la especie más tolerante a los HTP se realizó un seguimiento al crecimiento de las plantas (mediciones semanales) y el peso (inicial y final). 9 plantas/m2 (Frick et al. los cuales se implementan en las instalaciones de la PTAR de San Fernando. con sedimento contaminado de las curtiembres plantadas con dos de las especies seleccionadas. por 1Kg de arena seca. Las unidades fueron irrigadas diariamente con el propósito de conservar la humedad entre el 20 y el 25% de acuerdo a la capacidad de campo de almacenamiento calculada. La adición del nutriente dependió de los resultados de la caracterización inicial del sedimento donde se midió la concentración de Carbono. los otros dos reactores no se les implemento ningún individuo. Los reactores fueron irrigados con 30 ml de agua por 100 gr de arena seca dos veces en la semana. La segunda fase se plantea como experimental. para iniciar 4 de estos reactores (pilotos) se siembran o establecen con las plantas seleccionadas para el proceso de Biorremediacion. también se realizó una adición nutrientes al inicio del experimento. dos plantadas (con diferente especie) y una sin plantar como control. Typha latifolia y Cyperus papirus. Fase 2 Para determinar los porcentajes de remoción de hidrocarburos de la especie vegetativa seleccionada. El sedimento fue una mezcla de arena gruesa con vertimientos provenientes de las actividades de curtiembres. Para ello se usaron nueve (9) reactores a escala laboratorio.. 1g de triple 15 diluido en agua. en dos momentos diferentes. La actividad tuvo una duración de dos meses. Se construyeron seis (6) unidades experimentales (0. se eligieron tres especies de helofitas: Phragmites.50 m de profundidad) mediante el acondicionamiento de uno de los lechos de secado de sedimentos. Nitrógeno y Fosforo para conservar una relación del nutriente 100:10:1.80 m de ancho x 1.0 m de largo y 0. de acuerdo a que las helofitas tienen la capacidad de liberar oxígeno en la zona radicular incluso en condiciones de saturación. Cuatro de las unidades fueron plantadas con dos especies seleccionadas de la primera fase.La valoración del efecto de los nutrientes en la fitorremediación se realizó mediante el análisis de las eficiencias de reducción del contenido de . Unidades experimentales Fase 1. bajo condiciones de invernadero. La determinación del porcentaje de remoción se hizo mediante mediciones quincenales durante tres (3) meses.000 mg/Kg y un reactor sin contaminar como control. las otras dos (sin plantar) fueron los controles. Teniendo en cuenta que los procesos metabólicos de las raíces y su respectivo crecimiento y el desarrollo de la actividad microbiana asociada se requiere oxígeno y nutrientes. Para valorar el efecto de la aplicación de nutrientes en la fitoremediación de metales pesados. 1999). en donde se construyen 6 reactores. Parámetro No. Monitoreo Fase 1. es una planta acuática ornamental que tiene capacidad de remover el cromo. estamos hablando de 20000 ppm de Cromo y al final del experimento la planta logro disminuir la cantidad de cromo en un 75%. De Plantas Método Conteo Crecimiento de la planta Peso de la planta Medición Medición Frecuencia Semanalmente Al inicio y al final del experimento Monitoreo Fase 2 Parámetro pH Temperatura Metales pesados. Cromo % de Humedad Nitrógeno Total Método Potenciómetro Termómetro de mercurio Gravimétrico Gravimétrico Semimicro . En los frascos de vidrio se hizo presente una muestra del efluente con su debido post tratamiento fisicoquímico y luego de 21 días se observó que las concentraciones de Cromo disminuyeron en un 50%. La determinación de porcentajes de remoción se realizó mediante el monitoreo de los sistemas respecto al contenido delos metales en el tiempo. Los Tagetes son especies vegetales hiperacumuladoras de Cromo.Kjeldhal Frecuencia Dos veces en el mes Al inicio y al final del experimento . como lo es la temperatura que debe estar en un rango de 29 a 34 grados centígrados. CRONOGRAMA DE MUESTREOS PARA REALIZAR EL SEGUIMIENTO DE LA BIOREMEDIACIÓN. De igual forma se realiza la investigación sobre las especies que son capaces de depurar el cromo en el efluente de la PTAR. Estos vegetales fueron sometidos a pruebas con altos contenidos de Cromo. La planta mostro síntomas de toxicidad debido a la absorción del contaminante. por lo general se encuentran en el Amazonas. Scenedesmus obliquus es una microalga cultivada en lagunas de estabilización. manteniendo las condiciones climáticas necesarias para su supervivencia.los metales en el tiempo. Para esta experiencia se recogieron ejemplares y se climatizaron en el laboratorio. Se analizaron las siguientes especies: La Nymphaea alba L. según la información obtenida en el monitoreo de las unidades con y sin adición de nutrientes. (Nymphaeaceae). manteniendo esta condición optima la microalga realiza el proceso de eliminación de los metales pesados mostrando buenos resultados en su capacidad de disminuir concentraciones de Cromo y además de esto esta microalga se consigue fácilmente en la parte norte del país. Las muestras duraron 15 días en un recipiente de vidrio en donde se adecuaron con piedras de acuario y solución de nutrientes. teniendo en cuenta que se adicionan microorganismos para potencializar el proceso natural de las plantas y que en él se inoculan cepas microbianas que han sido modificadas en el laboratorio con el fin de tratar rápidamente el suelo o agua contaminada y que se basa en el proceso natural de las plantas para alterar los contaminantes. La aplicación de microorganismos especializados. La bioestimulación hace referencia a la optimización de las condiciones necesarias para aumentar la actividad metabólica de los microorganismos nativos. CONCLUSIONES Las técnicas de biorremediación del biosolido pueden ser una alternativa consistente a las técnicas clásicas de recuperación de acuíferos contaminados por metales pesados. Para este caso de se debe realizar Bioaumentación y Bioestimulación. Durante este proceso se identifican los parámetros que limitan la biodegradación. se busca adicionar microorganismos degradadores. o este es tóxico. Adicionalmente. aunque esta práctica sigue siendo controversial y está sujeta a la regulación de cada país. como lo demuestra la capacidad de numerosos microorganismos de biotransformar sustancias inorgánicas. porque a las plantas se les realiza un aporte de nutrientes para favorecer o potencializar la biorremediación así como también se puede ajustar e Ph o agregar oxígeno al proceso. pH. y en las reacciones metabólicas que rigen los procesos de biotransformación. recordando que la fitorremediacion utiliza las capacidades naturales de las plantas y por lo cual se convierte en un método rentable para tratar aguas y suelos contaminados. Para aumentar las tasas de degradación y reducir el tiempo de tratamiento se ajustan estos parámetros. como los metales pesados. en algunas ocasiones. Sin embargo. Los procesos de bioaumentación están llevados a cabo por las bacterias los hongos y las plantas (fitorremediacion). inocuos para el sistema. cuando la densidad de microorganismos es muy baja. la dinámica de sistemas. lactato). Dicho proceso se conoce como bioaumentación y puede realizarse con microorganismos nativos o externos con capacidad degradadora. existe la posibilidad de emplear organismos genéticamente modificados (a los cuales se les ha incrementado la capacidad degradadora). la aplicación de técnicas in situ para metales pesados está poco desarrollada y se necesita profundizar en el conocimiento del comportamiento de las diversas especies de metales en el subsuelo. o estos no poseen la capacidad metabólica para degradar el contaminante. Cabe agregar que la bioaumentación ha mostrado resultados contradictorios y poco exitosos en campo. . abre un nuevo horizonte de investigación en el campo de la ingeniería Ambiental y Genética. JUSTIFICANDO EL PORQUÉ DE ESTA DECISIÓN Y LA CONTRIBUCIÓN DE CADA UNO DE LOS PROCESOS. Bioestimulación. tales como aceptores de electrones (oxígeno. BIOAUMENTACIÓN. donadores de electrones (glucosa. La Bioaumentación es necesaria en la fitorremediacion para mejorar el proceso. humedad y disponibilidad del contaminante.DESCRIBIR SI SE DEBE REALIZAR ATENUACIÓN NATURAL. No obstante. nutrientes (nitrógeno y fósforo). sulfato). La estrategia a seguir dependerá de la pretensión de movilizar o inmovilizar los contaminantes. nitrato. BIOESTIMULACIÓN O UNA COMBINACIÓN DE ALGUNAS DE ELLAS. escholarship. Facultad Regional Rafaela. (2004). Bioremediation of metals and 1999. Técnicas de Biorrecuperación in situ en acuíferos contaminados por metales pesados.H. R. J. Yolanda Y Bonilla Y Fernandez.scielo. AnExamination of theDegtjareffMethodforDeterminingSoilOrganicMatter. (2012).2 No.BIBLIOGRAFIA [1] López J.M. Ballesteros B.paho.1. Pérez O. n. Rev. (2009). Roca 989.org. 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