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CUADERNILLO DE NUEVAS TECNOLOGIAS PARA EL TRATAMIENTO BIOLOGICO DE EFLUENTES INDUSTRIALES
CARRERA INGENIERIA AMBIENTAL
M en C. Nelli Lozano Vinalay
Los Reyes, la Paz, 26 de julio de 2010
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INDICE
Introducción. 3 UNIDAD I. AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES 4 1.1 Importancia 4 1.1.1 Aspectos importantes. Agua contaminada y no contaminada. 5 1.1.2 Contaminantes del agua. 6 1.1.3 Compuestos orgánicos sintéticos. 8 1.1.4 Contaminantes de interés: detergentes, herbicidas, plaguicidas, orgánicos sintéticos, hidrocarburos del petróleo y metales pesados.
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1.1.5 Efectos-problemas con la degradación de compuestos tóxicos. 28 1.1.6. Procesos de manufactura y generación de aguas residuales. 33 UNIDAD II. CRECIMIENTO DE MICROORGANISMOS LIGADOS A LA DEGRADACIÓN DE COMPUESTOS TOXICOS
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2.1 Generalidades 37 2.1.1 Asimilación del carbono 41 2.1.2 Asimilación de otros compuestos 48 UNIDAD III. ACLIMATACIÓN A COMPUESTOS TÓXICOS 52 3.1 Introducción 52 3.1.1 Factores que afectan la aclimatación 53 3.1.2 Explicación para la fase de aclimatación 55 UNIDAD IV. CINETICA 62 4.1 Generalidades 62 4.1.1 Proceso ligados al crecimiento. 67 4.1.2 Biodegradación sin crecimiento de microorganismos. 69 UNIDAD V. COMETABOLISMO 76 5.1 Microbiología de la potabilización del agua 76 5.1.2 Modelación matemática y estimación paramétrica en biorreactores. 79 5.1.3 Reactores discontinuos secuenciales 82 5.1.4 Biofiltros 87 5.1.5 Reactores con biomembranas para el tratamiento de aguas residuales 89 5.1.6 Procesos biológicos acoplados con carbón activado 92 5.1.7 Procesos acoplados anaerobios-aerobios. 93 BIBLIOGRAFIA 98
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INTRODUCCION
La actividad industrial y el desarrollo tecnológico producen necesariamente residuos. La
contaminación sistemática del medio ambiente por esos residuos puede trazarse en la
historia a los comienzos de las sociedades urbanas. Es, por ejemplo, interesante, la
existencia de sitios contaminados por metales pesados por actividades metalúrgicas del
Neolítico, del Imperio Romano y de la Edad Media, por no mencionar las escombreras y
vertederos en funcionamiento durante siglos en las proximidades de las grandes
ciudades. El problema de la calidad del agua para consumo humano y del aire ha sido
recurrente también a lo largo de la historia, ya que su deterioro ha procedido en muchos
casos de actividades antropogénicas.
Sin embargo, los problemas actuales de contaminación ambiental por especies químicas
tienen su origen mayoritario que ha ocasionado que el hombre tenga la necesidad voltear
de nuevo a la naturaleza, en cuestión de la función de los microorganismos por ser de
gran importancia para el equilibrio en la naturaleza, debido a que su función es ser
desintegradores de la materia la cual se puede reincorporar al ecosistema a través de los
ciclos biogeoquimicos por medio de su metabolismo, que es la base para que sean
utilizados en diversas formas que el hombre ha creado para poder resolver los problemas
de contaminación que cada vez son más complejos en cuestión de compuestos
xenobioticos.
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UNIDAD I: AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES
Objetivo educacional: El estudiante conocerá los principales efectos en la
degradación de compuestos tóxicos, Así como también los producidos por la
generación de aguas residuales producto de la manufactura.
1.1 IMPORTANCIA DEL AGUA
El agua es el compuesto químico más abundante del planeta y resulta indispensable para
el desarrollo de la vida. Está formado por un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno, y su
fórmula química es H2O. En la naturaleza se encuentra en estado sólido, líquido o
gaseoso. Como sabemos, es un líquido incoloro, insípido e inodoro; es decir, no tiene
color, sabor ni olor cuando se encuentra en su mayor grado de pureza. Es un elemento
vital ya que sin ella no sería posible la vida de los seres vivos (animales o plantas).
El agua potable es la que se puede beber, la cual es indispensable para la vida del
hombre, pero escasea en la medida que la población aumenta, porque lamentablemente
es desperdiciada por personas ignorantes y carentes del sentido de responsabilidad y
solidaridad humana. Después del aire, el agua es el elemento más indispensable para la
existencia del hombre. Por eso es preocupante que su obtención y conservación se esté
convirtiendo en un problema crucial; por ello debemos empezar a actuar. El agua pura es
un recurso renovable, sin embargo puede llegar a estar tan contaminada por las
actividades humanas, que ya no sea útil, sino nociva, de calidad deficiente.
El agua que procede de fuentes superficiales (ríos, lagos y quebradas), es objeto día a día
de una severa contaminación, producto de las actividades del hombre; éste agrega al
agua sustancias ajenas a su composición, modificando la calidad de ésta. Se dice que
está contaminada pues no puede utilizarse como generalmente se hace.
Se considera que el agua está contaminada, cuando ya no puede utilizarse para el uso
que se le iba a dar, en su estado natural o cuando se ven alteradas sus propiedades
químicas, físicas, biológicas y/o su composición. En líneas generales, el agua está
contaminada cuando pierde su potabilidad para consumo diario o para su utilización en
actividades domésticas, industriales o agrícolas.
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1.1.1 ASPECTOS IMPORTANTES. AGUA
Las fuentes de contaminación son resultados indirectos de las actividades domésticas,
industriales o agrícolas. Ríos y canales son contaminados por los desechos del
alcantarillado, desechos industriales, detergentes, abonos y pesticidas que escurren de
las tierras agrícolas. El efecto en los ríos se traduce en la desaparición de la vegetación
natural, disminuyen la cantidad de oxígeno produciendo la muerte de los peces y demás
animales acuáticos.
La evaluación de la calidad del agua ha tenido un lento desarrollo. Hasta finales del siglo
XIX no se reconoció el agua como origen de numerosas enfermedades infecciosas; sin
embargo hoy en día, la importancia tanto de la cantidad como de la calidad del agua está
fuera de toda duda.
La importancia que ha cobrado la calidad del agua ha permitido evidenciar que entre los
factores o agentes que causan la contaminación de ella están: agentes patógenos,
desechos que requieren oxígeno, sustancias químicas orgánicas e inorgánicas, nutrientes
vegetales que ocasionan crecimiento excesivo de plantas acuáticas, sedimentos o
material suspendido, sustancias radioactivas y el calor.
Para evitar las consecuencias del uso del agua contaminada se han ideado mecanismos
de control temprano de la contaminación. Existen normas que establecen los rangos
permisibles de contaminación, que buscan asegurar que el agua que se utiliza no sea
dañina.
A pesar del control y prevención que se persigue en muchos países, se reportan aguas
contaminadas con coliformes lo que hace que la calidad del agua no sea la deseada, si
bien muchos países tienen agua en grandes cantidades, el aumento poblacional, la
contaminación de las industrias, el uso excesivo de agroquímicos, la falta de tratamiento
de aguas negras y la erosión de suelos por la deforestación hacen que ese recurso sea
escaso.
La provisión de agua dulce está disminuyendo a nivel mundial, 1200 millones de
habitantes no tienen acceso a una fuente de agua potable segura. Las enfermedades por
aguas contaminadas matan más de 4 millones de niños al año y 20% de todas las
especies acuáticas de agua fresca están extintas o en peligro de desaparecer.
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En todas las actividades humanas el agua está presente: en la ciudad se utiliza para la
alimentación, la higiene, el riego de parques, bosques y jardines, y para fines industriales.
De todo lo disponible, el 80% del agua se utiliza en la agricultura de riego, que se
contamina poco, dependiendo de los abonos químicos que se hayan utilizado. El 14% del
agua lo utiliza la industria, que es altamente contaminada. Y el 6% restante lo utiliza la
ciudad, y también está muy contaminada una vez que se ha utilizado. Frecuentemente,
parte del agua disponible se pierde a causa de las malas conducciones. Se puede perder
hasta el 40% del total embalsado.
1.1.2 CONTAMINANTES DEL AGUA
De acuerdo con los datos del Primer Simposio sobre Potabilización del agua de mar, en
Washington D. C. en 1965, se calcula que existe en la Tierra unos 1 300 millones de
kilómetros cúbicos (km3) de agua, de los cuales el 97.2 % se encuentra en los océanos y
el 2.8 % es de agua dulce, de la cual 28.3 millones de km3 está en los casquetes polares
y en las altas cordilleras, 8.1 millones de km3 de agua disponible en ríos, lagos, arroyos,
manantiales y depósitos subterráneos y el resto se encuentra en la atmósfera.
De acuerdo con la definición de contaminante, se considera que se genera contaminación
en el agua por la adición de cualquier sustancia en cantidad suficiente para que cause
efectos dañinos mensurables en la flora, la fauna (incluido el humano) o en los materiales
de utilidad u ornamentales.
Por otra parte, se entiende por contaminación: la presencia en el medio ambiente de uno
o más contaminantes, o cualquiera combinación de ellos, que perjudiquen o molesten la
vida, salud y el bienestar humanos, flora y fauna, o degraden la calidad del aire, del agua,
de la tierra, de los bienes, de los recursos de la nación en general o de particulares.
El problema de la contaminación es múltiple y se presenta en formas muy diversas, con
asociaciones y sinergismos difíciles de prever. Pero las principales consecuencias
biológicas de las contaminaciones derivan de sus efectos ecológicos. En general, se
habla de cuatro tipos básicos de contaminación: contaminaciones físicas (ruidos,
infrasonidos, térmica y radioisótopos), químicas (hidrocarburos, detergentes, plásticos,
pesticidas, metales pesados, derivados del azufre y del nitrógeno), biológicas (bacterias,
hongos, virus, parásitos mayores, introducción de animales y vegetales de otras zonas) y
por elementos que dañan la estética (degradación del paisaje y la introducción de
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industrias). También se habla de contaminación atmosférica, del agua y del suelo o de la
biosfera.
Para comprender las razones por las cuales es muy fácil contaminar el agua en fase
líquida y vapor, pero no tan fácil contaminarla en fase sólida (hielo), se necesita tener
presentes tanto sus propiedades físicas como sus propiedades químicas y biológicas.
Como el agua es el medio ambiente líquido universal para la materia viva, resulta que es
propensa de manera excepcional a la contaminación por organismos vivos, incluidos los
que producen enfermedad en el hombre y por materia orgánica e inorgánica soluble.
Con frecuencia el sabor, el olor y el aspecto del agua indican que está contaminada, pero
la presencia de contaminantes peligrosos sólo se puede detectar mediante pruebas
químicas y biológicas específicas y precisas.
Entre los factores que generan contaminación y caracterizan a la civilización industrial
están: el crecimiento de la producción y el consumo excesivo de energía, el crecimiento
de la industria metalúrgica; el crecimiento de la circulación vial, aérea y acuática, y el
crecimiento de la cantidad de basura y desechos que se tiran y/o se incineran.
El agua de las ciudades y de la industria, pero también en algunos casos de la agricultura,
está contaminada por productos difícilmente degradables, como los aceites o los
detergentes. Estos productos se vierten en los ríos, con lo que se disminuyen las
proporciones de oxígeno. Algunos productos pueden actuar directamente de veneno para
algunas especies que viven en el agua, o que la utilizan, es el caso de la contaminación
por mercurio y otros metales pesados. Estos productos, a través del agua, se depositan
en los suelos y entran a formar parte de la cadena trófica la alimentación humana.
Los agentes contaminantes alcanzan otros ámbitos a través de los ríos. Debido a las
dimensiones de la contaminación han llegado a perjudicar, gravemente, mares enteros,
comprometiendo el equilibrio ecológico de ellos, de su entorno y de todo el planeta.
Agua residual El agua residual puede definirse como agua de composición variada proveniente de las
descargas de usos municipales, industriales, comerciales, de servicios, agrícolas,
pecuarios, domésticos y, en general, de cualquier otro uso, que por su naturaleza no
puede utilizarse nuevamente en el proceso que la generó y, al ser vertida en cuerpos
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receptores, puede implicar una alteración a los ecosistemas acuáticos o afectar la salud
humana.
De acuerdo con la procedencia del agua residual es posible hacer una predicción del tipo
de contaminantes que contendrá el agua. Sin embargo, para poder caracterizar con
precisión el tipo de contaminante descargado y, más aún, la concentración con que se
descarga, es necesario llevar a cabo muestreos y determinaciones analíticas.
Las descargas de aguas residuales crudas en los cuerpos receptores pueden tener
efectos negativos. Todo cuerpo de agua tiene la capacidad de depurar asimilar y
transformar cierta cantidad de contaminantes, especialmente los orgánicos. Sin embargo,
dicha capacidad es fácilmente sobrepasada por la cantidad y variedad de contaminantes
que los grandes asentamientos humanos y las industrias como son:
1.1.3 COMPUESTOS SINTÉTICOS 1.- Microorganismos patógenos causantes de: fiebre tifoídea, paratifus, hepatitis,
disenterías, etc.
2.- Detergentes sintéticos y fertilizantes ricos en fosfatos.
3.- Pesticidas orgánicos como el DDT, aldrín, dieldrín, etc.
4.- Productos químicos inorgánicos como los nitratos, nitritos, fluoruros, arsénico, selenio,
mercurio.
5.- Petróleo y sus derivados como el alquitrán, aceites, combustibles
Contaminada, el agua se convierte en un vehículo de agentes infecciosos como hongos,
virus, bacterias, protozoarios y helmintos, además de sustancias tóxicas como pesticidas,
metales pesados y otros compuestos químicos, orgánicos, que son perjudiciales para la
salud.
Se denomina aguas servidas a aquellas que resultan del uso doméstico o industrial del
agua. Se les llama también aguas residuales, aguas negras o aguas cloacales. Son
residuales pues, habiendo sido usada el agua, constituyen un residuo, algo que no sirve
para el usuario directo; son negras por el color que habitualmente tienen. Algunos autores
hacen una diferencia entre aguas servidas y aguas residuales en el sentido que las
primeras solo provendrían del uso doméstico y las segundas corresponderían a la mezcla
de aguas domésticas e industriales.
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En todo caso, están constituidas por todas aquellas aguas que son conducidas por el
alcantarillado e incluyen, a veces, las aguas de lluvia y las infiltraciones de agua del
terreno. Para cuantificar el grado de contaminación y poder establecer el sistema de
tratamiento más adecuado, se utilizan varios parámetros expresados en la NOM. oficial:
Aquellas que provienen de las actividades humanas que se desarrollan en: núcleos
urbanos, procesos industriales, agrícolas ganaderos, mineros.
Actividades relacionadas con la industria (preparación de materias primas, elaboración y
acabado de productos, transmisión de calor y frío).
Sustancias propias de cada actividad industrial (tóxicos, iones metálicos, productos
químicos, detergentes, hidrocarburos, productos radiactivos, etc.).
Gran variedad y cantidad de compuestos vertidos por tipo de actividad, obliga a una
investigación propia para cada tipo de industria
Tipos de contaminantes y sus fuentes
El agua residual se caracteriza en términos de los agentes físicos, químicos y biológicos Sólidos suspendidos Agentes físicos Calor Radiactividad pH Sustancias consumidoras de oxígeno disuelto Agentes químicos Sustancias tóxicas Nutrientes Grasas y aceites Virus Bacterias Agentes biológicos Protozoarios Helmitos Figura 1.1 Cuadro sinóptico de las características del agua residual (Fuente: adaptado de Thanh y Biswas, 1990 y Metcalf & Eddy, 1990). 1.1.4 CONTAMINANTES DE INTERÉS
Como se mencionó, en todo el país existen problemas de contaminación aún no
cuantificados con precisión. Sin embargo, pueden mencionarse de manera cualitativa los
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problemas de contaminación generados por el uso de agroquímicos, tanto fertilizantes (en
especial los nitrogenados) como de pesticidas (fungicidas, herbicidas e insecticidas); los
que son consecuencia del derrame y fugas de combustibles (petróleo y derivados), así
como los ligados a actividades mineras, en sus etapas de extracción como en las de
procesamiento de los materiales obtenidos (INEGI-SEMARNAP, 1997). A continuación se
mencionan algunas de las principales fuentes de contaminación de suelos en México. Contaminantes físicos. Afectan el aspecto del agua y cuando flotan o se sedimentan
interfieren con la flora y fauna acuáticas. Son líquidos insolubles o sólidos de origen
natural y diversos productos sintéticos que son arrojados al agua como resultado de las
actividades del hombre, así como, espumas, residuos oleaginosos y el calor
(contaminación térmica).
Contaminantes químicos. Incluyen compuestos orgánicos e inorgánicos disueltos o
dispersos en el agua. Los contaminantes inorgánicos son diversos productos disueltos o
dispersos en el agua que provienen de descargas domésticas, agrícolas e industriales o
de la erosión del suelo. Los principales son cloruros, sulfatos, nitratos y carbonatos.
También desechos ácidos, alcalinos y gases tóxicos disueltos en el agua como los óxidos
de azufre, de nitrógeno, amoníaco, cloro y sulfuro de hidrógeno (ácido sulfhídrico). Gran
parte de estos contaminantes son liberados directamente a la atmósfera y bajan
arrastrados por la lluvia.
Los contaminantes orgánicos. También son compuestos disueltos o dispersos en el
agua que provienen de desechos domésticos, agrícolas, industriales y de la erosión del
suelo. Son desechos humanos y animales, de rastros o mataderos, de procesamiento de
alimentos para humanos y animales, diversos productos químicos industriales de origen
natural como aceites, grasas, breas y tinturas, y diversos productos químicos sintéticos
como pinturas, herbicidas, insecticidas, etc. Los contaminantes orgánicos consumen el
oxígeno disuelto en el agua y afectan a la vida acuática.
Las concentraciones anormales de compuestos de nitrógeno en el agua, tales como el
amoniaco o los cloruros se utilizan como índice de la presencia de dichas impurezas
contaminantes en el agua.
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Contaminantes biológicos. Incluyen hongos, bacterias y virus que provocan
enfermedades, algas y otras plantas acuáticas. Algunas bacterias son inofensivas y otras
participan en la degradación de la materia orgánica contenida en el agua.
Ciertas bacterias descomponen sustancias inorgánicas. La eliminación de los virus que se
transportan en el agua es un trabajo muy difícil y costoso.
Otros contaminantes como los metales pesados (plomo, cadmio, mercurio), ciertos
plaguicidas, los cianuros, los hidrocarburos, el arsénico y el fenol provocan prácticamente
la destrucción de los ecosistemas acuáticos y también serios daños a las personas que
consuman agua o sus productos contaminados por esta clase de productos químicos.
La acumulación de contaminantes en los lagos, ríos y mares provoca diferentes efectos
en sus características físicas, químicas y biológicas de diferente manera, en casos como
los de algunas partículas sedimentables o de colores sus efectos son limitados o de pocas
consecuencias y en otros casos como el cambio de temperatura o putrefacción de materia
orgánica causa efectos dañinos transitorios pero severos.
La putrefacción de la materia orgánica en el agua produce una disminución de la cantidad
de oxígeno (la cual es evaluada mediante la Demanda Bioquímica de Oxígeno, DBO) que
causa graves daños a la flora y fauna acuática, pero que desaparece al término del
proceso de putrefacción.
Según el origen se considera que la contaminación es de dos tipos
a) la contaminación producida por causas naturales o geoquímicas y que
generalmente no está influenciada por el hombre, y
b) la contaminación provocada por las actividades del hombre y se le llama
contaminación antropogénica.
Entre los efectos nocivos para organismos, poblaciones y ecosistemas destacan los
siguientes:
Perjuicios a la salud humana (intoxicaciones, enfermedades infecciosas y crónicas,
muerte).
Daños a la flora y fauna (eutroficación, enfermedad y muerte).
Alteraciones de ecosistemas (erosión, eutroficación, acumulación de compuestos dañinos
persistentes, destrucción).
Molestias estéticas (malos olores, sabores y apariencia desagradable).
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PLAGUICIDAS
Un factor decisivo de la Revolución Verde ha sido el desarrollo y aplicación de plaguicidas
para combatir una gran variedad de plagas insectívoras y herbáceas que, de lo contrario,
disminuirían el volumen y calidad de la producción alimentaria. El uso de plaguicidas
coincide con la "era química", que ha transformado la sociedad desde el decenio de 1950.
En lugares donde se practica el monocultivo intensivo, los plaguicidas constituyen el
método habitual de lucha contra las plagas. Por desgracia, los beneficios aportados por la
química han ido acompañados de una serie de perjuicios, algunos de ellos tan graves que
ahora representan una amenaza para la supervivencia a largo plazo de importantes
ecosistemas, como consecuencia de la perturbación de las relaciones depredador-presa y
la pérdida de biodiversidad. Además, los plaguicidas pueden tener importantes
consecuencias en la salud humana.
Si bien el uso de productos químicos en la agricultura se reduce a un número limitado de
compuestos, la agricultura es una de las pocas actividades donde se descargan
deliberadamente en el medio ambiente productos químicos para acabar con algunas
formas de vida.
El uso agrícola de plaguicidas es un subconjunto del espectro más amplio de productos
químicos industriales utilizados en la sociedad moderna. Según la base de datos de la
American Chemical Society, en 1993 se habían identificado más de 13 millones de
productos químicos, a los que se sumaban cada año unos 500 000 nuevos compuestos.
Por ejemplo, en los Grandes Lagos de América del Norte, la International Joint
Commission ha estimado que hay más de 200 productos químicos que pueden provocar
problemas en el agua y en los sedimentos del ecosistema de los Grandes Lagos. Como
en la carga ambiental de productos químicos tóxicos figuran compuestos tanto agrícolas
como no agrícolas, es difícil separar los efectos ecológicos y sanitarios de los plaguicidas
y los debidos a compuestos industriales que de forma intencionada o accidental se liberan
en el medio ambiente. No obstante, hay pruebas abrumadoras de que el uso agrícola de
los plaguicidas tiene importantes efectos en la calidad del agua y provoca serias
consecuencias ambientales
Como se ha señalado antes, la progresión general en el desarrollo de los plaguicidas ha
supuesto la evolución desde plaguicidas altamente tóxicos, persistentes y
bioacumulativos, como el DDT, hasta plaguicidas que se degradan rápidamente en el
medio ambiente y son menos tóxicos para los organismos a quienes no están destinados.
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Los países desarrollados han prohibido muchos de los plaguicidas antiguos debido a sus
efectos tóxicos potenciales sobre el ser humano y/o sus impactos negativos sobre los
ecosistemas y han aprobado el uso de plaguicidas de formulaciones modernas. En los
países en desarrollo, algunos de los plaguicidas más antiguos continúan siendo los más
baratos de producir y, para algunos fines, continúan siendo muy eficaces, por ejemplo, el
DDT para la lucha contra la malaria. Los países en desarrollo sostienen que, por razones
de costo y eficacia, no pueden permitirse prohibir algunos de los plaguicidas antiguos. El
dilema entre costo/eficacia e impactos ecológicos, incluidos los efectos a larga distancia
como consecuencia del transporte atmosférico, y el acceso a las formulaciones de
plaguicidas modernos con bajo costo continúan siendo un problema polémico de alcance
mundial.
Además de los efectos ecológicos en los países de aplicación, es preciso tener en cuenta
las consecuencias que se producen en lugares muy alejados. Algunos plaguicidas
prohibidos desde hace tiempo en los países desarrollados (por ejemplo, DDT, toxafeno,
etc.) se encuentran con frecuencia en regiones tan remotas como la zona ártica. Los
productos químicos que se aplican en países tropicales y subtropicales son transportados
a largas distancias por la circulación mundial. La situación general se ha deteriorado hasta
el punto de que muchos países han solicitado la aprobación de una convención mundial
sobre los contaminantes orgánicos persistentes (COP), que son en su mayor parte
compuestos clorados con altos niveles de toxicidad, muy persistentes y bioacumulativos.
La lista no está todavía terminada; no obstante, entre los "candidatos" figuran varios
plaguicidas utilizados ampliamente en los países en desarrollo.
Los plaguicidas se incluyen en una gran variedad de microcontaminantes orgánicos que
tienen efectos ecológicos. Las distintas categorías de plaguicidas tienen diferentes tipos
de repercusión en los organismos vivos, por lo que es difícil hacer afirmaciones generales.
Aunque los plaguicidas tienen sin duda efectos en la superficie terrestre, el principal
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medio de daños ecológicos es el agua contaminada por la escorrentía de los plaguicidas.
Los dos mecanismos más importantes son la bioconcentración y la bioampliación.
Bioconcentración: Se trata del movimiento de un producto químico desde el medio
circundante hasta el interior de un organismo. El principal "sumidero" de algunos
plaguicidas es el tejido graso ("lípidos"). Algunos plaguicidas, como el DDT, son
"lipofílicos", lo que quiere decir que son solubles y se acumulan en el tejido graso, como el
tejido comestible de los peces y el tejido graso humano. Otros plaguicidas, como el
glifosato, se metabolizan y eliminan a través de las excreciones.
Bioampliación: Con este término se designa la concentración creciente de un producto
químico a medida que la energía alimentaria se transforma dentro de la cadena trófica. En
la medida en que los organismos pequeños son devorados por los mayores, la
concentración de plaguicidas y otros productos químicos se amplía de forma considerable
en el tejido y en otros órganos. Pueden observarse concentraciones muy elevadas en los
depredadores que se encuentran en el ápice de esa cadena, incluido el ser humano.
Los efectos ecológicos de los plaguicidas (y otros contaminantes orgánicos) son muy
variados y están con frecuencia interrelacionados. Se considera que los efectos
producidos en los organismos y en el medio ambiente constituyen una advertencia de las
posibles repercusiones en la salud humana. Los principales tipos de efectos son los que
se enumeran a continuación y varían según el organismo sometido a investigación y el
tipo de plaguicida. Los distintos plaguicidas provocan efectos muy diferentes en la vida
acuática, por lo que es difícil formular afirmaciones de alcance general. Lo importante es
que muchos de estos efectos son crónicos (no letales), pasan con frecuencia
desapercibidos al observador superficial, y sin embargo, tienen consecuencia en toda la
cadena trófica. Esos efectos son los siguientes:
· Muerte del organismo.
· Cánceres, tumores y lesiones en peces y animales.
· Inhibición o fracaso reproductivo
· Supresión del sistema inmunitario.
· Perturbación del sistema endocrino (hormonal).
· Daños celulares y en el ADN.
· Efectos teratogénicos (deformidades físicas, como las que se observan en el pico de
algunas aves).
· Problemas de salud en los peces revelados por el bajo coeficiente entre células rojas y
blancas, el exceso de mucílago en las escamas y agallas de los peces, etc.
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· Efectos intergeneracionales (que sólo se observarán en las generaciones futuras del
organismo).
· Otros efectos fisiológicos, como disminución del grosor de la cascara de los huevos.
Estos efectos no son causados necesariamente ni de forma exclusiva por la exposición a
los plaguicidas u otros contaminantes orgánicos, pero pueden estar asociados a una
combinación de presiones ambientales, como la eutrofización, y agentes patógenos.
Estas presiones asociadas no tienen que ser necesariamente muy fuertes para provocar
un efecto sinérgico con los microcontaminantes orgánicos.
Los efectos ecológicos de los plaguicidas van más allá de los organismos individuales y
pueden afectar a los ecosistemas. Según estudios realizados en Suecia, la aplicación de
plaguicidas es uno de los factores que más influyen en la biodiversidad. Jonsson et al.
(1990) informan que el continuado descenso de la población de perdices suecas está
vinculada a los cambios en el aprovechamiento de la tierra y a la utilización de medios
químicos de lucha contra las malas hierbas. Estos últimos tienen el efecto de reducir el
hábitat, disminuir el número de especies de malas hierbas y desplazar el equilibrio de
especies en la comunidad vegetal. Los estudios realizados en Suecia revelan también la
influencia de los plaguicidas en la fertilidad de los suelos, incluyendo la inhibición de la
nitrificación con la consiguiente merma de la fijación de oxígeno por las plantas. En esos
estudios se indica también que los plaguicidas influyen negativamente en los
microorganismos del suelo que son causantes de la degradación microbiana de la materia
vegetal (y de algunos plaguicidas) y de la estructura del suelo.
El uso excesivo de agroquímicos, así como el inadecuado manejo y disposición de sus
envases, ha sido un problema generalizado en México. Muchos de los plaguicidas
empleados en el país hasta la fecha, se han prohibido en otros países por su toxicidad.
Sin embargo, el número de plaguicidas se incrementa a razón de 10% al año. Esto ha
permitido que el número de productos que entran en contacto con la población, se
incremente en más de seis veces (CICOPLAFEST, 2000).
Los plaguicidas son el nombre genérico que recibe cualquier sustancia o mezcla de
sustancias que se utiliza para controlar plagas que atacan los cultivos o insectos que son
vectores de enfermedades. Según su composición química se clasifican en: insecticidas
(organoclorados, organofosforados, piretroides y carbamatos), herbicidas (dinitrofenoles y
triazinas) y fungicidas (fenoles y compuestos de cobre y azufre) (CICOPLAFEST, 1996).
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Todas estas sustancias son compuestos químicos tóxicos y por su aplicación en tierras de
cultivo, evidentemente son compuestos que se encuentran como contaminantes de
grandes extensiones de suelos en todo el país. En México aún continúan en el mercado
agroquímicos organoclorados como el ácido 2,4 dicloro-fenoxiacético (2,4-D), el
pentaclorofenol (PCP) y dicofol, además de plaguicidas a base de carbamatos y los
organofosforados como el malatión.
Otra de las empresas paraestatales que ha contribuido a la contaminación de aguas y
suelos, es Ferrocarriles Nacionales, que se ha caracterizado por la generación de aceites
gastados. La principal razón por la que esta empresa ha provocado la contaminación de
suelos es por el almacenamiento inadecuado de residuos y combustibles como creosota y
aceites gastados (PROFEPA, 2002).
DETERGENTES
Los detergentes son semejantes a los jabones porque tienen en su molécula un extremo
iónico soluble en agua y otro extremo no polar que desplaza a los aceites. Los
detergentes tienen la ventaja, sobre los jabones, de formar sulfatos de calcio y de
magnesio solubles en agua, por lo que no forman coágulos al usarlos con aguas duras.
Además como el ácido correspondiente de los sulfatos ácidos de alquilo es fuerte, sus
sales (detergentes) son neutras en agua.
Los detergentes son productos que se usan para la limpieza y están formados
básicamente por un agente tensoactivo que actúa modificando la tensión superficial
disminuyendo la fuerza de adhesión de las partículas (mugre) a una superficie; por
fosfatos que tienen un efecto ablandador del agua y floculan y emulsionan a las partículas
de mugre, y algún otro componente que actúe como solubilizante, blanqueador,
bactericida, perfumes, abrillantadores ópticos (tinturas que dan a la ropa el aspecto de
limpieza), etc.
Los detergentes sintéticos contienen sustancias surfactantes que ayudan en la
penetración, remojo, emulsificación, dispersión, solubilización y formación de espuma.
Todo esto ocurre en las interfases sólido-líquido y líquido-líquido.
La mayoría de los detergentes sintéticos son contaminantes persistentes debido a que no
son descompuestos fácilmente por la acción bacteriana. A los detergentes que no son
biodegradables se les llama detergentes duros y a los degradables, detergentes blandos.
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El principal agente tensoactivo que se usa en los detergentes es un derivado del
alquilbencensulfonato como, por ejemplo, el dodecilbencensulfonato de sodio (C12H25-
C6H4-SO3Na) el cual puede hacer al detergente duro (no biodegradable, contaminante
persistente) o blando (biodegradable, contaminante biodegradable), dependiendo del tipo
de ramificaciones que tenga.
Una gran cantidad de detergentes son arilalquilsulfonatos de sodio que tienen como
fórmula general, R-C6H4-SO3Na, es decir, son sales de ácidos sulfónicos aromáticos con
una cadena alquílica larga. Si la cadena es ramificada no pueden ser degradados por los
microorganismos, por lo que se dice que son persistentes, y causan grandes problemas
de contaminación del agua de lagos, ríos y depósitos subterráneos. Los
arilalquilsulfonatos que tienen cadenas lineales son biodegradables.
El uso de los compuestos tensoactivos en el agua, al ser arrojados a los lagos y ríos
provocan la disminución de la solubilidad del oxígeno disuelto en el agua con lo cual se
dificulta la vida acuática y además, como les quitan la grasa de las plumas a las aves
acuáticas les provoca que se escape el aire aislante de entre las plumas y que se mojen,
lo cual puede ocasionarles la muerte por frío o porque se ahogan, de manera semejante
como les ocurre con los derrames de petróleo en el mar.
Los detergentes son productos químicos sintéticos que se utilizan en grandes cantidades
para la limpieza doméstica e industrial y que actúan como contaminantes del agua al ser
arrojados en las aguas residuales. El poder contaminante de los detergentes se
manifiesta en los vegetales acuáticos inhibiendo el proceso de la fotosíntesis originando la
muerte de la flora y la fauna acuáticas. A los peces les produce lesiones en las branquias,
dificultándoles la respiración y provocándoles la muerte.
DETERGENTES DE POLIFOSFATOS Un componente de los detergentes sólidos es el metafosfato llamado tripolifosfato de
sodio, Na5P3O10, que contiene al ion (O3 P-O-PO2-O-PO3)5-. El ion trifosfato es de gran
utilidad porque forma complejos solubles con los iones calcio, fierro, magnesio y
manganeso, quitando las manchas que estos ocasionan en la ropa y ayudan a mantener
en suspensión a las partículas de mugre de manera que pueden ser eliminadas fácilmente
por el lavado.
A los aditivos de fosfato en los detergentes como el tripolifosfato de sodio se les llama
formadores de fosfato y tienen tres funciones, primero actúan como bases haciendo que
el agua del lavado sea alcalina (pH alto), lo cual es necesario para la acción detergente;
17
segundo los fosfatos reaccionan con los iones calcio y magnesio del agua dura de manera
que no actúan con el detergente y tercero ayudan a mantener las grasas y el polvo en
suspensión, lo que facilita que sean eliminados.
En los detergentes líquidos se utiliza el pirofosfato de sodio (Na4P2O7) o de potasio
porque se hidroliza en el ion fosfato (PO43-) a menor rapidez que el tripolifosfato de sodio.
Los detergentes hechos a base de fosfatos provocan un efecto destructor en el medio
ambiente porque aceleran el proceso de eutroficación o eutrofización de las aguas de
lagos y ríos. Como el uso de detergentes fosfatados ha generado problemas muy graves
en el agua, algunos países han prohibido el uso de detergentes de este tipo. METALES PESADOS
Los metales pesados son componentes naturales de la corteza de tierra. No pueden ser
degradados o ser destruidos. En un grado pequeño se incorporan a nuestros cuerpos vía
el alimento, el agua potable y el aire. Como elementos de rastro, algunos metales
pesados (cobre, selenio, cinc) son esenciales para mantener el metabolismo del cuerpo
humano. Sin embargo, en concentraciones más altas pueden conducir al
envenenamiento. El envenenamiento por metal pesado podría resultar, por ejemplo, de la
contaminación del agua potable (tuberías del plomo), las altas concentraciones en el aire
cerca de fuentes de la emisión, o producto vía la cadena de alimento.
Las aguas procedentes de las industrias como la minera, la de recubrimientos metálicos,
las fundidoras y otras más contaminan el agua con diversos metales. Por ejemplo, las
sales de metales como el plomo, el zinc, el mercurio, la plata, el níquel, el cadmio y el
arsénico son muy tóxicas para la flora y la fauna terrestres y acuáticas.
Las normas oficiales mexicanas contra la contaminación ambiental (publicadas en el
Diario Oficial del 18 de octubre de 1993) consideran metales contaminantes del agua (en
orden de importancia por su abundancia) a:
1. Aluminio 2. Plata 3. Cadmio 4. Arsénico 5. Cobre 6. Fierro 7. Mercurio 8. Cobalto 9.
Vanadio 10. Manganeso 11. Níquel 12. Zinc 13. Magnesio 14. Antimonio 15. Cromo 16.
Selenio 17. Titanio 18. Berilio 19. Estaño 20. Boro 21. Molibdeno 22. Tungsteno 23.
Germanio 24. Bismuto 25. Plomo 26. Telurio
Contaminación del agua por metales pesados: plomo, mercurio o cadmio.
18
Las sales solubles en agua de los metales pesados como el plomo, cadmio y mercurio
son muy tóxicas y acumulables por los organismos que los absorben, los cuales a su vez
son fuente de contaminación de las cadenas alimenticias al ser ingeridos por alguno de
sus eslabones. Al ser ingeridos por el hombre en el agua y alimentos contaminados por
los compuestos de mercurio, plomo o cadmio le provocan ceguera, amnesia, raquitismo,
miastenia o hasta la muerte.
El plomo es un metal escaso, se calcula en un 0.00002 % de la corteza terrestre, tiene un
punto normal de fusión de 327.4 ºC, un punto normal de ebullición de 1770 ºC y una
densidad de 11.35 g/mL. Forma compuestos con los estados de oxidación de +2 y +4,
siendo los más comunes los del estado de oxidación +2. El plomo es anfótero por lo que
forma sales plumbosas y plúmbicas, así como plumbitos y plumbatos. Se encuentra en
minerales como la galena (sulfuro de plomo, PbS) que se utiliza como fuente de obtención
del plomo, la anglosita (sulfato de plomo II, PbSO4) y la cerusita (carbonato de plomo,
PbCO3). Gran parte del plomo se obtiene por reciclado de chatarras como las placas de
baterias y de las escorias industriales como soldaduras, metal para cojinetes,
recubrimientos de cables, etc.
La contaminación del agua por plomo no se origina directamente por el plomo sino por
sus sales solubles en agua que son generadas por las fábricas de pinturas, de
acumuladores, por alfarerías con esmaltado, en fototermografía, en pirotécnia, en la
coloración a vidrios o por industrias químicas productoras de tetraetilo de plomo (se usa
como antidetonante en gasolinas) y por algunas actividades mineras, etc.
Las dos principales vías de acceso de los compuestos de plomo al organismo son el
tracto gastrointestinal y los pulmones. Cerca del 10 % del plomo ingerido es excretado en
la orina y en menor cantidad en el sudor, en el pelo y en las uñas. El 90 % del plomo que
se encuentra en el cuerpo humano se deposita en el esqueleto óseo y es relativamente
inerte, y el que pasa a través del torrente sanguíneo puede depositarse en los tejidos.
Los signos más comunes de intoxicación por plomo son los gastrointestinales y sus
síntomas comprenden anorexia, náusea, vómito, diarrea y constipación, seguida de
cólicos. El plomo puede afectar la síntesis de la hemoglobina y el tiempo de vida media de
los glóbulos rojos, así como, al sistema nervioso central y periférico. La contaminación por
el plomo en los riñones produce cambios en las mitocondrias e inflamación de las células
del epitelio del túbulo proximal y alteraciones funcionales que provocan aminoaciduria,
glucosuria e hiperfosfaturia (síndrome de Fanconi).
19
Todos los compuestos de plomo son tóxicos en diferente grado, dependiendo de su
naturaleza química y grado de solubilidad de cada compuesto, los más tóxicos son los
compuestos orgánicos.
Desde hace mucho tiempo se sabe que el plomo es venenoso, tiene efectos tóxicos para
las plantas, el plancton y demás organismos acuáticos. Los compuestos de plomo en los
peces les origina la formación de una película coagulante y les provoca alteraciones
hematológicas. En el hombre provoca saturnismo, enfermedad que engloba trastornos
nerviosos, digestivos y renales.
El mercurio (azogue) se ha visto siempre con fascinación y asombre porque es el único
metal líquido en condiciones ambientales. El mercurio líquido no es venenoso pero sus
vapores y sus compuestos son muy tóxicos, por lo que en la Edad Media se utilizaban
como agentes de asesinato y de suicidio. Como el mercurio y sus compuestos son casi
insolubles en agua no eran considerados, durante mucho tiempo, como contaminantes y
mucho menos como contaminantes potenciales. El mercurio se utilizaba como
componente de las amalgamas dentales.
En 1967 el reporte del envenenamiento de 111 personas y la muerte de otras 45 en la
Bahía de Minamato, en la región costera de Japón, hizo que se pusiera atención a los
compuestos de mercurio. Los pescadores, sus familias y sus gatos fueron afectados por
una misteriosa enfermedad que les debilitaba los músculos, les afectaba la visión, les
producía retraso mental y en ocasiones parálisis y hasta la muerte. Encontraron que las
aguas que recibía de las industrias (como la que fabricaba el cloruro de polivinilo, PVC) la
Bahía, contenía compuestos de mercurio como el metilmercurio, H3C-Hg-CH3 , que
también era usado en pesticidas y fungicidas. Encontraron concentraciones de hasta 2000
ppm de mercurio en los sedimentos y de 1.6 a 3.6 ppb en el agua.
Posteriormente, los investigadores encontraron que el mercurio y algunos compuestos
inorgánicos de mercurio pueden ser metilados (formar metilmercurio, H3C-Hg-CH3, es muy
venenoso) por bacterias anaerobias en el lodo del fondo de los lagos y también por los
peces y los mamíferos. Por lo que, los desechos que contienen mercurio o sus derivados
que se han ido acumulando en los fondos fangosos de los lagos constituyen fuentes
potenciales de contaminación y por procesos bioquímicos pueden incorporarse a las
diversas cadenas alimenticias. Además los compuestos de mercurio son del tipo de
sustancias acumulables en los organismos y pueden llegar a alcanzar concentraciones lo
suficientemente altas para ser venenosos.
20
La contaminación del agua por mercurio es producido por industrias químicas que
producen cloro, fábricas de fungicidas y de pinturas contra hongos, de plásticos, por
minas de cinabrio (sulfuro de mercurio, HgS), en la extracción de oro y de plata por el
método de amalgamación y por las refinerías del petróleo. Se considera que la mitad del
mercurio extraído es arrojado al medio ambiente, una parte en forma de vapor a la
atmósfera y otra en los desechos industriales al suelo y al agua. Por ejemplo, en la
electrólisis del cloruro de sodio en solución se utiliza el mercurio como electrodo y cuando
en la sal muera (solución concentrada de cloruro de sodio) disminuye su concentración,
es desechada a las alcantarillas. Estos desechos contienen mercurio y siguen el curso del
agua hasta llegar a los lagos, ríos y hasta el mar, donde pueden incorporarse a las
diferentes cadenas alimenticias, reaccionar y transformarse en metilmercurio. Luego el
hidróxido de sodio obtenido que está contaminado por mercurio se utiliza como materia
prima de otros procesos.
En la agricultura se usan fungicidas de compuestos organomercuriales como el 2-cloro-4-
hidroxifenilmercurio y el acetato de 2-(fenil-mercuriamino) etanol, y fungicidas de follaje
como el acetato de 2-(fenil-mercuriamino) etanol. El cloruro mercúrico, HgCl2, es muy venenoso y peligroso por su gran solubilidad en agua
(71.5 g/L a 25 ºC). El fulminato mercúrico, Hg(ONC2)2, es soluble en agua, en solventes
orgánicos y se usa como detonador de explosivos. El acetato fenilmercúrico se usa en
pinturas látex como conservador y como contra el ataque de hongos o el enmohecimiento.
Los compuestos de mercurio son muy tóxico a ciertas concentraciones, en los peces
ocasionan alteraciones en los epitelios branquiales y dérmicos y hasta la muerte. En el
hombre los compuestos de mercurio provocan alteraciones en la mucosa intestinal e
inhibición de ciertas enzimas; y en las mujeres embarazadas puede provocar trastornos
teratogénicos graves, también se considera que puede producir alteraciones genéticas,
lesiones renales y del sistema nervioso central y hasta la muerte.
Los compuestos alquilmercúricos son muy tóxicos y de larga duración, son de efectos
destructivos del cerebro y del sistema nervioso central, donde tienden a acumularse. Se
usaban como desinfectantes de semillas pero se prohibió el uso de todos los derivados
del mercurio en la agricultura. Sólo se permite el uso del cloruro mercúrico y mercuroso
para controlar hongos en el pasto.
El cadmio es tóxico y el envenenamiento se produce al inhalarlo o ingerirlo, tiene gran
tendencia a formar compuestos complejos acuosos en los que se une de uno a cuatro
21
ligandos. Sus compuestos más importantes en la industria son el cianuro, la amina y
varios complejos de haluros.
La contaminación del agua por cadmio es provocada por las principales áreas de
aplicación que arrojan sus desechos a las alcantarillas, como son el acabado de metales,
la electrónica, la manufactura de pigmentos (pinturas y agentes colorantes), de baterías
(cadmio níquel), de estabilizadores plásticos, de plaguicidas (fungicidas), la
electrodeposición o la aleaciones de fierro, en la producción de fierro y zinc, y en el uso de
reactores nucleares.
Los alquil y aril cadmios se usan como catalizadores y sus sales de los ácidos orgánicos
(laurato, estearato, palmitato, fenolato, naftenato y benzoato de cadmio) como
estabilizadores térmicos y de luz en los plásticos como el cloruro de polivinilo. El uso de
estabilizadores de bario-cadmio en plásticos contaminan los alimentos almacenados en
ellos.
El cadmio es tóxico para todas las formas de vida y en el hombre puede provocar daños
en el aparato digestivo, en riñones y en los huesos (produce descalsificación y lesiones en
la médula ósea) e inhibir algunos procesos enzimáticos. La inhalación de sus vapores
produce severas lesiones en los pulmones. Además se ha observado que el cadmio tiene
relación con la hipertensión arterial, la que origina enfermedades cardiacas. Como medida
de seguridad, se recomienda que los trabajadores no sean expuestos por más de 8 horas
a concentraciones mayores de 40 mg/m3 de cualquiera de sus compuestos del cadmio en
el aire. Cuando el agua está contaminada por ácidos es más fácil la contaminación por
metales que cuando no contiene ácidos, por ejemplo, cuando hay cadmio y ácido
clorhídrico se puede representar mediante la ecuación química:
Cd + 2 HCl --------> Cd + + 2 Cl1- + H2
También se desechan aguas residuales industriales que contienen sustancias muy tóxicas
como los cianuros que son arrojados a las alcantarillas por industrias dedicadas a la
galvanoplastia o a la refinación y limpieza de metales.
Los procesos para reciclar y extraer del aire, del agua o del suelo a los contaminantes de
los metales pesados como el plomo, el mercurio y el cadmio son muy costosos, por lo que
hay que evitar arrojarlos al medio ambiente, además de los graves daños que causan en
los seres vivos
El cromo se utiliza en el cemento, aleaciones del metal y los pigmentos para las pinturas,
el papel, el caucho, y otros materiales. La exposición baja puede irritar la piel y causar la
22
ulceración. La exposición a largo plazo puede causar daño del riñón y en el hígado, y el
daño demasiado prolongado problemas en el sistema circulatorio y el tejido fino nervioso.
El cromo se acumula a menudo en la vida acuática, agregando el peligro de comer los
pescados que pudieron haber sido expuestos a los altos niveles del cromo.
El cobre es una sustancia esencial en la vida humana, pero en altas dosis puede causar
anemia, daño del hígado y del riñón, y la irritación del estómago e intestino. La gente con
la enfermedad de Wilson tiene mayor riesgo para los efectos en su salud por la sobre
exposición al cobre. El cobre aparece normalmente en agua potable de las tuberías de
cobre, también como de los añadidos diseñados para controlar el crecimiento de algas.
HIDROCARBUROS DE PETROLEO
Los hidrocarburos son un tipo de contaminantes que afectan a la calidad del agua de
manera importante. Los derrames de petróleo, cada día son más frecuentes en los
océanos, dejan estelas de contaminación de efectos a muy largo plazo. La formación de
una película impermeable sobre el agua en las zonas de derrame afecta rápida y
directamente a las aves y a los mamíferos acuáticos ya que obstruye el intercambio
gaseoso y desvía los rayos luminosos que aprovecha el fitoplancton para llevar a cabo el
proceso de fotosíntesis.
La contaminación por petróleo crudo o por petróleo refinado (combustóleo, gasolina, y
otros productos obtenidos por destilación fraccionada y procesamiento químico del
petróleo crudo) es generada accidental o deliberadamente desde diferentes fuentes.
Algunos investigadores consideran que la contaminación por petróleo proviene de los
accidentes de los buque-tanques y de las fugas en los equipos de perforación marina, sin
embargo, otros consideran que es cuestión de propaganda, ya que casi el 50 % del
petróleo que llega a los mares y los océanos proviene de tierra firme, del que es arrojado
al suelo por las personas en las ciudades y en zonas industriales que luego son
arrastrados por las corrientes fluviales hasta terminar en los océanos.
Una gran proporción de la contaminación del mar se debe a los desechos de millones de
barcos que recorren diariamente los mares. Es probable que el desecho más importante
de todos ellos sea el petróleo. En 1970, la expedición Ra a través del océano Atlántico
reportó que de los 57 días que duró el recorrido, en 43 de ellos el mar estaba visiblemente
contaminado con trozos de petróleo solidificado, aceite y otros desechos.
23
Se calcula que alrededor de 1500 millones de toneladas al año son transportadas a través
de los mares y que en el proceso de carga y descarga se pierde el 0.1 % de ese petróleo.
Además es práctica común que los tanques cisterna utilicen como lastre agua de mar y la
regresen contaminada con petróleo. Otros buque-tanques bombean el petróleo de
desecho al mar en forma de desperdicio. Se calcula que por estas dos formas se arrojan
al mar 3.5 millones de toneladas de petróleo. Otra forma de contaminación por petróleo
del mar proviene de la perforación de pozos de gas y petróleo en las aguas costeras y de
las fugas de las tuberías subacuáticas.
En la explotación del petróleo se derrama cerca de la mitad en el área de perforación, lo
que implica grandes pérdidas y contaminación del aire, agua y suelo. La manera
tradicional de extraer o recuperar el petróleo es mediante bombeo con agua lo cual
representa una pérdida considerable.
Como consecuencia de varios siglos de actividad minera en México y posteriormente,
debido a la industria de la química básica, petroquímica y de refinación del petróleo, se
han producido cantidades muy grandes, pero muy difíciles de cuantificar, de residuos
peligrosos. Aunado a lo anterior, la intensa actividad de otras industrias, junto con
accidentes durante el almacenamiento, transporte o trasvase de sustancias (fugas,
derrames, incendios) y la disposición clandestina e incontrolada de residuos, contribuyen
en gran medida a la contaminación de suelos (SEMARNAT, 2002). El número de sitios
contaminados, aún en las estimaciones más conservadoras, asciende a varios miles de
lugares cuyo riesgo potencial es desconocido. De acuerdo con datos publicados por el
INEGI (2000), la superficie de suelo degradado por causas de contaminación en 1999 fue
de 25,967 km2.
Todos los eventos en los que se encuentran involucradas sustancias que implican algún
riesgo para el ambiente o la población y que puedan generar la contaminación de suelos y
cuerpos de agua, son conocidos como emergencias ambientales. De acuerdo con
estadísticas de la Procuraduría Federal de Protección al Ambiente (PROFEPA), cada año
se presentan en México un promedio de 550 emergencias ambientales asociadas con
materiales y residuos peligrosos. Dentro de los compuestos peligrosos más comúnmente
involucrados en emergencias ambientales, se encuentran el petróleo y sus derivados
(gasolinas, combustóleo, diesel), agroquímicos, gas LP y natural, entre otros (Figura 1).
24
Figura 1. Principales sustancias involucradas en emergencias ambientales reportadas a la PROFEPA entre 1997 y 1999 (PROFEPA, 2002).
Dentro de los contaminantes que se consideran prioritarios en México debido a su alta
toxicidad y a su persistencia en el ambiente, se encuentran los siguientes: dioxinas,
furanos, hexaclorobenceno, bifenilos policlorados (BPCs), plaguicidas organoclorados,
mercurio, plomo, cromo, cadmio, compuestos tóxicos atmosféricos e hidrocarburos
poliaromáticos (HAPs). De éstos, compuestos como los BPCs se han almacenado en
tambores que, en muchas ocasiones, han sido dispuestos clandestinamente. Por su parte,
los HAPs se encuentran como componentes de los hidrocarburos totales del petróleo
(HTPs).
PCBS
25
Industria petroquímica
La industria petroquímica en México se ha desarrollado aceleradamente, generando
diversos satisfactores económicos. Sin embargo, su expansión y desarrollo también ha
dado origen a graves problemas ambientales, derivados de emergencias ambientales, con
graves repercusiones a la salud de la población y al equilibrio ecológico de los
ecosistemas (Quadri, 1994; PROFEPA, 2000). Entre las causas que han generado este
deterioro ambiental por la contaminación de cuerpos de agua y suelos a lo largo de todo
el país, se encuentran las siguientes: (i) manejo inadecuado y abandono de materiales y
residuos peligrosos; (ii) mantenimiento inadecuado o falta de éste en instalaciones
petroleras; (iii) explosiones en instalaciones de alto riesgo; (iv) fugas en líneas de
conducción; (v) derrames de hidrocarburos (CENAPRED, 2001; PROFEPA, 2002).
En el inventario de residuos peligrosos de PEMEX en el 2001 reportan la generación de
más de 270 mil toneladas de residuos peligrosos. Aproximadamente el 86% del volumen
total de estos residuos, corresponde a lodos y recortes de perforación (72%), lodos
aceitosos (8%) y aceites gastados (6%).
Con respecto a los derrames y fugas de hidrocarburos, PEMEX reporta que durante el
año 2001 hubo un total de 8,031 toneladas de hidrocarburos (crudo, diesel y gasolina)
derramados en su mayoría en tierra, en los cuatro sectores de ductos del país (PEMEX,
2001). Esta última cifra es importante, ya que de esta manera puede estimarse la
magnitud de la contaminación en los sitios cercanos a los derrames. Uno de los estados
con mayor incidencia de sitios contaminados por actividades petroleras es Veracruz. De
acuerdo con información de PEMEX, dos de los lugares más contaminados por
hidrocarburos a nivel nacional son la refinería "Lázaro Cárdenas" y el pantano de “Santa
Alejandrina”, ambos ubicados en el sureste de México.
Los compuestos cíclicos o aromáticos Los fenoles son de los compuestos aromáticos más importantes, son de uso extensivo
por sus propiedades desinfectantes, también forman parte de la materia prima en la
síntesis de resinas del tipo fenólico y una variante policlorada (pentaclorofenol) seutiliza
para el tratamiento de la madera.
Los fenoles se pueden producir en forma sintética y bajo condiciones naturales por el
metabolismo de organismos acuáticos y también son un grupo importante de
contaminantes que se descargan de varias industrias.
26
Son fácilmente oxidados y como resultado causan un detrimento en la calidad del cuerpo
de agua receptor y directamente en los organismos vivos.
Estos elementos se han dividido en dos grupos: fenoles destilados del vapor (fenol,
cresol, xileno, clorfenol, etcétera) y los no destilables (catecol, hidroquinona, naftol,
etcétera).
Por su toxicidad pueden inhibir los procesos biológicos de tratamiento de aguas
residuales. Sin embargo, con una aclimatación gradual de los sistemas biológicos, los
fenoles pueden degradarse aun en concentraciones muy altas.
Los efectos sobre el ser humano son variados e incluyen irritaciones severas de las vías
respiratorias, de los ojos y las mucosas del aparato digestivo, pueden producir cianosis,
alteraciones hepáticas y renales.
El benceno es el anillo aromático más simple y de él se derivan una serie de compuestos
como el tolueno, el xileno y el estireno. Es un solvente y se utiliza para la producción de
etilbenceno (monómero del estireno), para dodecilbenceno (para detergentes)
El Tolueno se utiliza como agente de mezcla en la gasolina de avión, como 18 solvente
para pinturas y recubrimientos, como adhesivo en juguetes de plástico, preparación de
algunas medicinas, tintas y perfumes, para fabricar explosivos.
El estireno es un monómero que se utiliza para la fabricación de productos plásticos
(poliestireno). Al benceno y sus derivados se les asocia con varios padecimientos
humanos siendo el más notable el cáncer.
Bifenilos policlorados ( PCBs)
Los bifenilos policlorados son cadenas de bencenos cloradas que tienen la estructura de
la figura 2.5. Son compuestos de gran estabilidad con baja presión de vapor y constantes
dieléctricas altas.
Los PCBs se fabricaron principalmente de 1920 a 1970. Se utilizan en los
transformadores, en grandes capacitores en sistemas termocombinados e hidráulicos, en
la formulación de aceites lubricantes, aceites de corte, plaguicidas, plastificantes en
pinturas, papel de copia, adhesivos, selladores y plásticos. Debido a su uso difundido fue
que llegaron al medio ambiente y como son de degradación muy lenta o nula y tienden a
bioacumularse, son persistentes en el medio ambiente.
El efecto más señalado de los PCBs sobre los organismos vivos es el de ser
carcinogénicos.
27
1.1.5 EFECTO-PROBLEMAS CON LA DEGRADACION DE COMPUESTOS TOXICOS. El aumento de la población y el desarrollo industrial han alcanzado durante el siglo XXI
han elevado la presencia de contaminantes sólidos y líquidos convencionales a niveles
críticos. La consecuencia ha sido la aparición de problemas de contamianción que antes
se desconocía y para los cuales la sociedad no estaba preparada. La industria química
produce gran cantidad de compuestos xenobióticos para distintos fines, cuya estructura
química difiere considerablemente de los compuestos orgánicos naturales. Algunos de
estos compuestos con grupos halógenos y nitrogenados, bifenilos policlorados, plásticos,
detergentes, explosivos y plaguicidas son resistentes (recalcitrantes) a la biodegradación.
Si las condiciones del medio son adecuadas ningún compuesto orgánico natural es
totalmente resistente a la biodegradación. Este hecho no tiene que sorprendernos, sin
embargo la evolución de los biopolímeros ha sido lenta y gradual, a una escala de
millones y miles de millones de años, y ha permitido una evolución paralela de vías
metabólicas microbianas apropiadas en respuesta de los nuevos sustratos disponibles:
por el contrario los considerables avances de la química de síntesis orgánica, durante el
último siglo, han conducido a la producción a gran escala de una enorme variedad de
compuestos orgánicos, los cuales son vertidos al medio en donde el destino de esta
sustancia es muy incierto en donde si tienen una gran similitud con los compuestos
naturales, pueden ser degradados por el metabolismo microbiano, o ser xenobióticos con
estructuras moleculares y secuencias de enlaces químicos no reconocidos por las
enzimas degradantes existentes. Estos compuestos resisten la biodegradación o son
metabolizados incompletamente con el resultado de que algunos se acumulan en el
ambiente.
Las razones por las que un compuesto xenobiótico resulta recalcitrante a la
biodegradación es:
Sustituciones por Cl o halógenos y enlaces o secuencias de enlaces (en átomos
de carbono terciarios o cuaternarios) poco usuales, anillos aromáticos muy
condensados y tamaño molecular excesivo.
Otras características más sutiles comprenden la incapacidad de un compuesto
para inducir la síntesis de las enzimas degradadoras, incluso cuando ese
compuesto es susceptible a su acción.
28
También dificulta la degradación de una sustancia su entrada a la célula del
microorganismo debido a la carencia de las permeasas apropiadas. Otros factores
son la escasa disponibilidad del compuesto en disolución por problemas de
solubilidad o fenómenos de adsorción, y la toxicidad excesiva del compuesto inicial
o de sus productos metabólicos.
Los compuestos xenobióticos se pueden clasificar en hidrocarburos alifáticos, alicíclicos y
aromáticos; compuestos halogenados (alifáticos y aromáticos); compuestos aromáticos
nitrados y sulfonados; polímeros sintéticos; etc. De las diferentes fracciones del petróleo, los hidrocarburos policíclicos aromáticos (HPAs)
son los de mayor toxicidad y al mismo tiempo los más recalcitrantes a los métodos
convencionales de remediación. Los HPAs son un grupo de compuestos aromáticos
conteniendo dos o más anillos bencénicos fusionados en arreglos angulares, lineales o
agrupados.
Son contaminantes ubicuos que se forman naturalmente en el curso de algunas
reacciones geológicas y la fosilización de plantas o antropogénicamente en relación a las
industrias del petróleo, de la producción de gas y de la preservación de madera. Los
HPAs de bajo peso molecular son susceptibles de bioremediación, sin embargo, los de
alto peso molecular son recalcitrantes a la degradación biológica. Las tasas de
degradación de HPAs son variables y no dependen solamente de su estructura, sino
también de parámetros fisicoquímicos del sitio, así como del número y variedad de
microorganismos presentes. Las variables más importantes que limitan la bioremediación
de HPAs de alto peso molecular son la transferencia de masa, las heterogeneidades
espaciales y las pérdidas abióticas. Dada la baja solubilidad de estos compuestos en
agua, una de las estrategias para la bioremediación en suelo es la adición de
surfactantes, naturales o sintéticos, que solubilicen a los HPAs y aumenten su
biodisponibilidad. Una variación interesante es la identificación de organismos que
degraden tanto los compuestos contaminantes como los surfactantes, de manera de no
acumular otros compuestos xenobióticos al suelo. Es importante considerar que los
productos de degradación de los HPAs no son necesariamente menos tóxico que las
moléculas parentales, por lo que es imprescindible incorporar procedimientos de
monitoreo de toxicidad en las diferentes etapas de la bioremediación.
29
Bioremediación de otros compuestos recalcitrantes
El desarrollo de químicos sintéticos derivados del petróleo provee muchos materiales
extremadamente útiles, tales como plásticos, pesticidas, aislantes, refrigerantes y
retardantes de flama. Muchos de estos materiales nunca habían existido en la naturaleza
y por lo tanto los microorganismos no poseen enzimas para degradarlos. De aquí que se
consideren no biodegradables o recalcitrantes. Los términos no son completamente
precisos sin embargo, ya que ahora se sabe que muchos compuestos clasificados como
recalcitrantes son degradados lentamente en el suelo o en medios acuosos. Ejemplos de
tales compuestos tóxicos que han causado desastres ecológicos incluyen al DDT
(diclorofeniltricloroetano), bifenilos policlorados y pentaclorofenol.
Los compuestos recalcitrantes no sirven usualmente como fuentes de carbón ó de
energía para el crecimiento microbiano. Si acaso se degradan, es mediante un proceso de
cometabolismo, durante el cual otros compuestos son utilizados como fuente de energía
(el cometabolito) con la degradación lateral del compuesto blanco. La degradación
completa (mineralización) de moléculas orgánicas relativamente complejas a bióxido de
carbono o metano requiere el esfuerzo concertado de bacterias de diferentes grupos: las
fermentativas hidrolíticas (eubacterias, p. ej. Chlorobium), las acetogénicas (eubacterias,
p. ej. Desulfovibrio y Desulfomatuculum) y las metanogénicas (arqueobacterias, p. ej.
Methanosaeta y Methanospirillum). Debido a su condición de asociaciones sintróficas
(animación sintrofía), el aislamiento de cultivos puros a partir de los consorcios
metanogénicos es dificil y ha ocasionado errores en la clasificación de sus elementos.
El estudio de la diversidad microbiana y las dinámicas de sus poblaciones en consorcios
biodegradadores está creciendo notablemente en el área de la ecología microbiana (texto
adicional ecología microbiana 1). El interés en esta área ha sido catalizado por el rápido
avance de métodos de ecología molecular ya que a través de su uso se tiene una mejor
perspectiva de la composición de comunidades microbianas no cultivables. De hecho, se
está ha vuelto factible definir las causas de los cambios temporales en la salud de un
ecosistema alterado basandose en la estructura de su población. En particular, el estudio
de comunidades microbianas que toman parte en la biodegradación in situ de
hidrocarburos ha sido un reto para los microbiólogos. La razón de esto es que la mayor
parte de las especies (~90 a 99%) que componen las comunidades degradadoras no son
cultivables. La estimación de biomarcadores lipídicos, específicamente fosfolípidos, junto
con técnicas de identificación basadas en la secuencia de la subunidad 16S de los
ribosomas son una poderosa combinación de técnicas para la elucidación de la ecología
30
microbiana de comunidades bioremediadoras. El uso de estas técnicas provee una
apreciación clara de varias características importantes de las comunidades microbianas,
específicamente la biomasa viable, la estructura de la comunidad y el estado nutricional o
la presencia de respuestas a estrés en bacterias Gram-negativas.
Las comunidades microbianas en ecosistemas contaminados tienden a ser dominadas
por aquellos organismos capaces de utilizar y/o de sobrevivir los compuestos tóxicos.
Como resultado, estas comunidades son menos diversas que aquellos sistemas de
referencia no contaminados, aunque la diversidad también puede estar influenciada por la
complejidad de la mezcla de compuestos presentes y por el tiempo que las poblaciones
han estado expuestas. Sin embargo, cuando las bacterias Gram-negativas dominan el
sistema (como es frecuente en el caso de ambientes contaminados con hidrocarburos), el
conocimiento derivado de los biomarcadores lipídicos se limita al estado nutricional o
fisiológico de la comunidad bacteriana más que a su diversidad.
A pesar de la relativamente larga historia de investigación en la bioremediación de
derrames de petróleo, ésta continúa siendo una disciplina esencialmente empírica y
muchos de los factores biológicos que controlan los procesos no han sido adecuadamente
comprendidos. Por ejemplo, la adición de nutrientes es una práctica ampliamente
aceptada en la limpieza de derrames aunque es escaso el conocimiento de sus efectos
durante el progreso de la bioremediación Existen evidencias experimentales que indican
que los niveles de nutrientes, y su concentración relativa con respecto a los
contaminantes, influencian la composición de las poblaciones de microorganismos
degradadores, lo cual a su vez afecta la tasa de degradación de los contaminantes.
Características de los microorganismos biodegradadores
Existe una gran variedad de microorganismos identificados en la degradación de
compuestos derivados del petróleo.
Interesantemente, casi todos son eubacterias, aunque en algunos casos se encontraron
arqueobacterias y eucariotes. Aunque no han sido caracterizados en su totalidad, muchos
de estos microorganismos poseen actividades de peroxidasas y oxigenasas, que permiten
la oxidación más ó menos específicas de algunas fracciones del petróleo. Esta oxidación
cambia las propiedades de los compuestos, haciendolos susceptibles de ataques
secundarios y facilitando su conversión a bióxido de carbono y agua. En algunas
ocasiones no es necesario llegar a la mineralización, sino que basta una oxidación para
31
disminuir notablemente su toxicidad o aumentar su solubilidad en agua, incrementando su
biodisponibilidad.
Uno de los géneros bacterianos más explotados en bioprocesos no-convencionales es
Rhodococcus, un grupo único consistente en microorganismos que presentan una gran
diversidad metabólica, particularmente hacia la utilización de compuestos hidrofóbicos
tales como hidrocarburos, fenoles clorados, esteroides, lignina, carbón y petróleo. Algunas
cepas de Rhodococcus han sido utilizadas en aplicaciones industriales y ambientales,
incluyendo la producción de ácido acrílico y acrilamida, conversiones de esteroides y
bioremediación de hidrocarburos clorados y fenoles. Estos microorganismos presentan
una notable capacidad de degradar hidrocarburos alifáticos halogenados y numerosos
compuestos aromáticos, incluyendo algunos sustituidos por halógenos, así como
hidrocarburos policíclicos aromáticos.
Las bacterias del género Rhododoccus poseen una gran variedad de vías metabólicas
para la degradación y modificación de compuestos aromáticos, incluyendo las actividades
de di-oxigenasa y mono-oxigenasa sobre anillos así como la actividad de ruptura de
catecol. Algunos aislados presentan también la vía del 3-oxoadipato. La tolerancia de
éstas bacterias a la falta de nutrientes, su carencia de un sistema de represión catabólica
y su persistencia ambiental las hace excelentes candidatas para los tratamientos de
bioremediación. Algunas cepas producen poli-3-hidroxialcanoatos, otras acumulan
metales pesados y otras son fuente de enzimas útiles como la fenilalanina
deshidrogenasa y endoglucosidasas. Otras aplicaciones potenciales de los Rhodococos
incluyen la biodesulfuración de combustibles, la deshalogenación de emisiones gaseosas
y la construcción de biosensores
1.1.6 PROCESOS DE MAUFACTURA Y GENERACION DE AGUAS RESIDUALES
En México, como en muchos países del mundo, las principales fuentes de contaminación
del agua se clasifican en tres grupos, de acuerdo con su procedencia.
Sector social. Corresponde a las descargas de residuos de origen doméstico y público
que constituyen las aguas residuales municipales. Está relacionado con la cobertura de
los servicios de agua potable y alcantarillado, se incrementa en los grandes
asentamientos urbanos. El 60 % de la población mexicana está concentrada en las
grandes ciudades. Se calcula que el 57 % de las aguas residuales son generadas por la
población, principalmente por las zonas localizadas en torno a las ciudades de México (23
32
%), Monterrey (4.1 %) y Guadalajara (4 %). Se estima que sólo el 50% de la población
dispone de sistema de alcantarillado.
Sector industrial. Integrado por las descargas generadas de las actividades de extracción
y transformación de recursos naturales usados como bienes de consumo y satisfactores
para la población. Se calcula que la industria genera el 43 % de las aguas residuales.
En México, el sector industrial se clasifica en 39 grupos, de acuerdo a los índices de
extracción, consumo y contaminación, que general el 82 % del total de aguas residuales
de la industria
Sector agropecuario. Constituido por los efluentes de las instalaciones dedicadas a la
crianza y engorda de ganado mayor y menor, y por las aguas de retorno de los campos
agrícolas. Se calcula que la superficie agrícola de riego y temporal es de 28 millones de
hectáreas, que se usan 92 500 millones de m3 de agua y se consume el 82 % de ella por
lo que la generación de aguas residuales es del 12 % (11 100 millones de m3). Las aguas
de retorno agrícola son una fuente de contaminación importante cuyo impacto se
manifiesta en el alto porcentaje de cuerpos de agua que se encuentran en condiciones de
eutroficación.
Con relación a la actividad pecuaria, en México no se cuenta con información suficiente
en cuanto a la demanda de agua y al índice de generación de aguas contaminadas; sin
embargo, se ha observado en la zona de La Piedad, Michoacán, se utiliza de 10 a 15 L de
agua por kilogramo de estiércol producido y que en promedio se generan 2 kg. de
excremento por cabeza por día, considerando un peso promedio de 70 kg. por cabeza. La
producción porcina se desarrolla principalmente en los estados de Guanajuato,
Michoacán, Jalisco, Sonora y Veracruz.
PRINCIPALES GIROS INDUSTRIALES RESPONSABLES DE LAS MAYORES CARGAS DE AGUAS RESIDUALES EN MÉXICO
Industria Extracción %
Consumo% Descarga %
Azucarera 35.2 22.3 38.8
Química 21.7 24.4 21.0
Papel y celulosa
8.2 16.1 6.0
33
Petróleo 7.2 3.7 8.2
Bebidas 3.3 6.4 2.4
Textil 2.6 2.4 2.7
Siderúrgica 2.5 5.5 1.7
Eléctrica 1.5 4.7 0.7
Alimentos 0.2 0.3 0.2
Resto del sector
0.17 14.1 18.1
Fuente: Control de la Contaminación en México. Sedue. 1990.
Tomando en cuenta además las circunstancias locales de las industrias, se ha establecido
medidas de prevención y control de la contaminación del agua en México a las siguientes:
azúcar y alcohol, refinación de petróleo y petroquímica, papel y celulosa, curtiduría,
química, textil y alimentaria.
Contexto de la generación de aguas residuales en México
México comprende regiones húmedas y regiones semiáridas o áridas: las regiones
húmedas corresponden preferentemente a zonas de baja altitud al sureste del país,
mientras las zonas semiáridas y áridas corresponden al centro y norte del país, ocupado
en gran parte por el altiplano mexicano (Escala 2006).
Según la Comisión Nacional del Agua (CNA, 2005a), el 70% de la precipitación se pierde
por evapotranspiración, dejando una disponibilidad natural de agua de 475 km3 al año
(escurrimiento superficial e infiltración). Esto representa un promedio de 4 505 m3/
(hab.año). Una disponibilidad natural inferior a los 2 000 m3/(hab.año) se considera un
indicador de escasez de agua. Por tanto, la disponibilidad promedio mexicana está
bastante por encima de ese valor, y es superior a la de países como España, Alemania o
Francia (UNESCO, 2003), aunque muy por debajo de la chilena, 63 064 m3/(hab.año).
Sin embargo, la distribución de recursos hídricos es muy desigual en México. Mientras el
Sureste mexicano tiene una disponibilidad natural de 13 290 m3/hab.año)), el resto del
país tiene sólo un promedio de 1 835 m3/(hab.año). El 68% del agua disponible se
34
encuentra en regiones donde vive sólo el 23% de la población, y se genera el 15% del
PIB, mientras que el 32% del agua disponible se encuentra en regiones donde se
concentra el 77% de la población y se genera el 85% del PIB, según datos de la CNA
(2005a). Existe, por tanto una considerable presión sobre los recursos hídricos en amplias
regiones de México. Más aún, la concentración de la población en áreas metropolitanas
conduce localmente a fuertes presiones sobre los recursos hídricos, como en el caso del
Valle de México (NRC y col., 1995).
Como se verá, este contexto de abundancia y escasez regional de agua han
condicionado, junto con la disponibilidad de recursos económicos públicos y privados el
desarrollo del tratamiento y la reutilización de agua en México.
35
ACTIVIDADES DE LA UNIDAD I
1.- Elaborar una línea del tiempo sobre los contaminantes sintéticos que el hombre a
utilizado.
2.- Elabora un cuadro comparativo entre las propiedades de una agua no contaminada y
contaminada
3.- Elabora un mapa conceptual de los contaminantes que contienen las aguas residuales.
4.- Define los siguientes conceptos: Agua no contaminada, agua contaminada, agua
residual, agua negras, aguas grises, biodegradabilidad, recalcitrantre y xenobiótico.
5.- Leer el capítulo 13 del libro ecología microbiana y microbiología ambiental, Ronald M.
Atlas y Richard Bartha. Para explicar cuáles son las causas del porque los compuestos
xenobióticos no se pueden degradar con facilidad.
6.- Mencionar algunas características de estructurales de los compuestos xenobióticos.
7.- ¿Qué es la biomagnificación?
8.- ¿Qué hace que los polímeros sintéticos sean resistentes a la biodegradación.
9.- ¿Cuáles son los compuestos xenobióticos que son atacados con más facilidad en
condiciones anaerobias que aerobias?
10.- Investigar cuales son los contaminantes más frecuentes en nuestro país que
contaminan el agua.
36
UNIDAD II. CRECIMIENTO DE MICROORGANISMOS LIGADOS A LA DEGRADACION DE COMPUESTOS TÓXICOS. Objetivo educacional: El alumno determinará el crecimiento de microorganismos ligados a
la degradación de compuestos tóxicos (mineralización).
2.1 GENERALIDADES
En la actualidad, la contaminación de aguas es uno de los problemas de mayor
preocupación y uno de los temas en los que más se ha avanzado en el campo de la
ingeniería de medio ambiente.
Los primeros diseños de procesos y plantas de tratamiento, pioneros en la
descontaminación de aguas, se basaban en el empleo secuencial de métodos físicos y
químicos, por medio de los que se conseguía remover gran parte de los contaminantes de
aguas contaminadas, como ser aguas servidas, aguas eutrofizadas o aguas receptoras de
desechos industriales, relaves, etc. Estas tecnologías de descontaminación fisicoquímica
son costosas y requieren de infraestructura especial para realizarse, que muchas veces
no es factible de construirse por la elevada inversión necesaria.
Hasta hace algunas décadas, los microorganismos eran considerados como perjudiciales
y los esfuerzos en tecnologías biológicas se abocaban fundamentalmente a su
eliminación, pero recientemente se percibió y se tomó conciencia, que por el contrario, la
mayoría de los microorganismos son benéficos para el hombre y que pueden tener varias
utilidades, siempre y cuando sepamos dárselas.
Una disciplina que está surgiendo en los últimos años es la microbiología ambiental
aplicada, ya que en base a las investigaciones realizadas gracias al vertiginoso desarrollo
de la biología molecular, se ha podido determinar la función metabólica de la mayor parte
de los grupos de microorganismos existentes, y a partir de ese conocimiento, generar
nuevas aplicaciones para ellos.
En las últimas décadas, entre las técnicas empleadas para contrarrestar los efectos de los
contaminantes, se comenzó a utilizar una práctica llamada biorremediación. El término
biorremediación fue acuñado a principios de la década de los 80s, y proviene del
concepto de remediación, que hace referencia a la aplicación de estrategias físico-
químicas para evitar el daño y la contaminación en suelos. Los científicos se dieron
37
cuenta que era posible aplicar estrategias de remediación que fuesen biológicas, basadas
esencialmente en la observación de la capacidad de los microorganismos de degradar en
forma natural ciertos compuestos contaminantes, al comprender que la Fisiología y el
metabolismo microbiano es la herramienta fundamental para la degradación de los
contaminantes del medio ambiente; a través de las rutas de degradación aerobia y
anaerobia de numerosos contaminantes ambientales son hoy día conocidas en gran
detalle. Esto permite tanto la introducción deliberada de cepas específicas en lugares
contaminados como vectores de nuevas actividades, como la creación de nichos
ecológicos que permitan una colonización rápida por un tipo deseado de
microorganismos.
Entonces, la biorremediación surge como una rama de la biotecnología que busca resolver los problemas de contaminación mediante el uso de seres vivos (microorganismos y plantas) capaces de degradar compuestos que provocan desequilibrio en el medio ambiente, ya sea suelo, sedimento, fango o mar. Tipos de biorremediación En los procesos de biorremediación generalmente se emplean mezclas de ciertos
microorganismos o plantas capaces de degradar o acumular sustancias contaminantes
tales como metales pesados y compuestos orgánicos derivados de petróleo o sintéticos.
Básicamente, los procesos de biorremediación pueden ser de tres tipos:
FIG 2.1: Diferentes modos de biorremediación.
Degradación enzimática
38
Este tipo de degradación consiste en el empleo de enzimas en el sitio contaminado con el
fin de degradar las sustancias nocivas. Estas enzimas se obtienen en cantidades
industriales por bacterias que las producen naturalmente, o por bacterias modificadas
genéticamente que son comercializadas por las empresas biotecnológicas.
Por ejemplo, existe un amplio número de industrias de procesamiento de alimentos que
producen residuos que necesariamente deben ser posteriormente tratados.
En estos casos, se aplican grupos de enzimas que hidrolizar (rompen) polímeros
complejos para luego terminar de degradarlos con el uso de microorganismos (ver en la
próxima sección). Un ejemplo lo constituyen las enzimas lipasas (que degradan lípidos)
que se usan junto a cultivos bacterianos para eliminar los depósitos de grasa procedentes
de las paredes de las tuberías que transportan los efluentes.
Otras enzimas que rompen polímeros utilizados de forma similar son las celulosas,
proteinasas y amilasas, que degradan celulosa, proteínas y almidón, respectivamente.
Además de hidrolizar estos polímeros, existen enzimas capaces de degradar compuestos
altamente tóxicos. Estas enzimas son utilizadas en tratamientos en donde los
microorganismos no pueden desarrollarse debido a la alta toxicidad de los
contaminantes. Por ejemplo, se emplea la enzima peroxidasa para iniciar la degradación
de fenoles y aminas aromáticas presentes en aguas residuales de muchas industrias.
Remediación microbiana
En este tipo de remediación se usan microorganismos directamente en el foco de la
contaminación. Los microorganismos utilizados en biorremediación pueden ser los ya
existentes (autóctonos) en el sitio contaminado o pueden provenir de otros ecosistemas,
en cuyo caso deben ser agregados o inoculados.
La descontaminación se produce debido a la capacidad natural que tienen ciertos
organismos de transformar moléculas orgánicas en sustancias más pequeñas, que
resultan menos tóxicas. El hombre ha aprendido a aprovechar estos procesos
metabólicos de los microorganismos. De esta forma, los microorganismos que pueden
degradar compuestos tóxicos para el ambiente y convertirlos en compuestos inocuos o
menos tóxicos, se aprovechan en el proceso de biorremediación. De esta forma, reducen
la polución de los sistemas acuáticos y terrestres.
La gran diversidad de microorganismos existente ofrece muchos recursos para limpiar el
medio ambiente y, en la actualidad, esta área está siendo objeto de intensa investigación.
Existen, por ejemplo, bacterias y hongos que pueden degradar con relativa facilidad
39
petróleo y sus derivados, benceno, tolueno, acetona, pesticidas, herbicidas, éteres,
alcoholes simples, entre otros. Los metales pesados como uranio, cadmio y mercurio no
son biodegradables, pero las bacterias pueden concentrarlos de tal manera de aislarlos
para que sean eliminados más fácilmente.
Las actividades microbianas en el proceso de biorremediación se pueden resumir en el
siguiente esquema:
FIG 2.2 “METABOLISMO MICROBIANO”.
Los microorganismos ingieren contaminantes como fuente de carbono y algunos
nutrientes como fósforo y nitrógeno. La digestión de estos compuestos en sustancias más
simples como parte del metabolismo del microorganismo, puede resultar en la
degradación del compuesto en forma parcial (transformación) o total a dióxido de carbono
(CO2) y agua (H2O), (Sánchez, 2005)
Desarrollos actuales y futuros
MINERALIZACIÓ
N Contami
nante transformado a CO2 y H2O
MICROORGANISMOS
TRANSFORMACION Contamin
ante modifica
do
Fuente de carbono
CONTAMINANTE
NUTRIENTES
Fósforo
Nitrógeno Otros
40
A continuación se mencionan algunos de los desarrollos biotecnológicos que se están
llevando a cabo para el mejoramiento de los microorganismos empleados en la
biorremediación:
• Bacterias Pseudomonas transgénicas que son capaces de degradar compuestos
tóxicos que contienen cloro (como el vinilcloruro) en compuestos menos nocivos.
• Bacterias capaces de degradar algunos de los componentes del petróleo, con la
perspectiva de llegar a conseguir microorganismos que, liberados en una marea
negra, limpien el agua contaminada.
• Bacterias capaces de reducir las formas altamente tóxicas de mercurio en otras
menos tóxicos y volátiles.
• Bacterias que transforman metales del suelo en formas menos tóxicas o
insolubles. Por ejemplo: la reducción de cromo (Cr).
• Microorganismos capaces de degradar TNT, un explosivo de gran potencia y muy
agresivo para el entorno.
• Bacterias que pueden eliminar el azufre de los combustibles fósiles, como en el
caso del carbón o del petróleo, con el fin de favorecer combustiones más limpias.
• La utilización de la bacteria Deinococcus radiodurans para eliminación de
elementos radiactivos presentes en el suelo y aguas subterráneas. Este
microorganismo es un extremófilo que resiste condiciones extremas de radiación,
sequedad, agentes oxidantes y diversos compuestos mutagénicos.
• Cianobacterias a las que se le han introducido genes de bacterias Pseudomonas
con capacidad de degradar diferentes hidrocarburos o pesticidas.
• Bacterias transgénicas que se usan para extraer metales valiosos a partir de
residuos de fábricas o de minas, o para eliminar los vertidos de petróleo, o el sulfuro
causante de la lluvia ácida que producen las centrales energéticas de carbón.
2.1.1 ASIMILACIÓN DEL CARBONO ¿Cómo Obtienen Energía los Microorganismos?
Hay diversas formas por las cuales los organismos son capaces de producir la energía
necesaria para su crecimiento y reproducción (Sánz, 2005)
Procesos de generación de energía de los
41
microorganismos Quimiotrofos
• Fermentación
• Respiración anaerobia
• Respiración aerobia
• Quimilitotrofía
Fototrofos
• Fotosíntesis anoxigénica
• Fotosíntesis oxigénica
• Fotosíntesis en halobacterias
CATEGORIAS DE LOS ORGANISMOS SEGÚN SU METABOLISMO
Fuente de energía
Foto
Luz
Quimio
Enlace químico
Fuente de carbono
Inorgánica
CO2
lito
organo
Orgánica (azucares,
lípidos aminoácido
s) Fotolitotrofos
Plantas, Bacterias y
arqueas fotosintética
s
Quimilitotrofos
Bacterias Arqueas
Fotoorganotrofos
Bacterias Arqueas
Quimioorganostrofos
Bacterias, arqueas, hongos y animales
42
Para procariotas lo más útil y didáctico es considerar de forma separada la fuente de
energía de la fuente de carbono:
Fuente de Energía:
fotótrofos: luz
quimiótrofos: Energía química
quimioorganótrofos: oxidan compuestos orgánicos
quimiolitótrofos: oxidan compuestos inorgánicos
Fuente de Carbono:
autótrofos: CO2
heterótrofos: materia orgánica.
FOTOTROFOS
Los organismos fototrofos convierten la energía lumínica en energía metabólica y poder
reductor. Las clorofilas absorben la energía luminosa activándose a un estado excitado en
el que ceden un e- a una cadena de transporte de e- ligada a la mb (fotosistema) análoga
a la de la fosforilación oxidativa. La transferencia establece un gradiente de H+ que puede
ser empleado para la síntesis de ATP. La clorofila actúa como dador y como aceptor de e-
Como dador externo de e- se emplean el H2O, H2S, H2 o compuestos orgánicos.
Clases de fotosíntesis y fotofosforilación.
En función de la fuente de e- se distinguen dos tipos de fotosíntesis:
· oxigénica: el H2O actúa como donador de e-, liberando O2 como subproducto. Propio de
plantas, algas y cianobacterias.
· anoxigénica: emplea H2S o H2 como fuente de e-. Propio de bacterias rojas y verdes.
Dependiendo de que haya o no fuente externa de e- para reducir a la clorofila oxidada se
distinguen dos modelos de fotofosforilación.
· fotofosforilación cíclica. Es el modelo más sencillo. La clorofila activada del centro de
reacción sirve como dador y aceptor de e- a/de una cadena transportadora. Puesto que
los e- no pueden ser extraídos del sistema, para generar poder reductor se recurre al
transporte inverso de e-.
· fotofosforilación no cíclica. La clorofila oxidada del centro de reacción es reducida por los
excedidos, a través de una cadena transportadora, por un donador externo. Los e-
liberados por la bacterioclorofila excitada son utilizados para reducir el NADP+ .
43
FIJACIÓN DEL CO2
Su fijación y conversión autotrófica en compuestos orgánicos requiere poder reductor en
forma de NADPH, y, puesto que la fijación es endergónica, también ATP.
Repasar apuntes del Ciclo de Calvin.
Otros ciclos:
· Arqueas termófilas S0-dependientes y bacterias fotosintéticas verdes del azufre: Ciclo
reductivo de los ácidos tricarboxílicos
· Metanobacterias y algunos Clostridium: ruta del acetil-CoA o del monóxido de carbono.
FIJACIÓN DEL N2
N_N + 8H+ + 8e- ---_ 2NH3 + H2 _G=+940 KJ (18-24 ATP)
Hay que destacar el elevado consumo energético y de poder reductor. El proceso es
anaerobio (aunque los microorganismos fijadores no tienen porque serlo).
Quimiolitoautótrofos. Obtención de energía. Obtención del poder reductor: transporte
inverso de electornes. Fotótrofos. Estructura del sistema Fotoquímico. Clases de
fotosíntesis y fotofosforilación. Fijación del CO2. Fijación del N2.
Los autótrofos obtienen su C celular a partir de CO2. A diferencia de lo que ocurre con los
heterótrofos, hay que diferenciar las rutas metabólicas que conducen a la:
- síntesis de los metabolitos precursores
- obtención de energía y poder reductor.
Categorías metabólicas. Mecanismos para la síntesis de ATP: Fosforilación a nivel de
substrato y Cadena transportadora de electrones: acoplamiento quimiosmótico.
Reacciones de mantenimiento de los heterótrofos. Metabolismo respiratorio: Vías
glucolíticas, Ciclo de los ácidos tricarboxílicos, Fosforilación oxidativa.
Durante los procesos metabólicos los microorganismos extraen Energía y poder reductor
del medio que los rodea y los utilizan para sintetizar sus propios componentes celulares.
La energía liberada durante los procesos catabólicos es almacenada, normalmente en
forma de ATP que será utilizado para poder realizar reacciones endergónicas durante los
procesos anabólicos. El ATP es particularmente útil como forma de almacenar la energía
debido a su posición intermedia (_G0=-7,3 Kcal) entre los compuestos con “enlaces ricos
en energía”.
44
El poder reductor generado en los procesos de oxidación que acompañan al catabolismo
será utilizado para reducir formas oxidadas de C a los estados de oxidación reducidos en
los que, normalmente, se encuentra en las macromoléculas. En la mayor parte de los
procesos de oxido-reducción biológicos interviene un nucleótido de piridina: el NAD
(nicotinamida-adeníndinucleótido) o el NADP. En la mayor parte de los casos las
oxidaciones biológicas implican la pérdida de 2 e- y 2 H+ simultáneamente, lo que
equivale a la eliminación de 2 H, es decir, a una deshidrogenación. Inversamente, la
reducción equivale a una hidrogenación.
45
Fig. 2.3 Respiración Aerobia
METABOLISMO FERMENTATIVO.
Fermentación: un substrato orgánico actúa como donador de e-, y un producto del
substrato actúa como aceptor. No existe cambio neto en el estado de oxidación de los
46
productos en relación con la molécula de substrato inicial: los productos oxidados son
contrabalanceados por productos reducidos logrando un equilibrio.
Las fermentaciones son las únicas reacciones de mantenimiento (productoras de E) que
no requieren de una cadena transportadora de e. El NAD es reducido en una fase del
proceso deben de ser oxidado en otra. Como consecuencia, no hay cambio global del
estado de oxidación. Y el rendimiento energético es bajo (2-3 ATP/mol glucosa).
En la fermentación de un carbohidrato, los pasos iniciales son comunes a la fermentación
y respiración. Repasar glucolisis (ruta de Embden-Meyerhof) y ver que las bacterias
pueden utilizar rutas alternativas.
Estudiar en libros las nociones básicas (productos, balance energético, microorganismos
implicados, interés industrial) de las siguientes fermentaciones:
- Fermentación alcohólica :
glucosa + 2ADP -----> 2 etanol + CO2 + 2 ATP
-Fermentación láctica :
Homoláctica: glucosa + 2ADP -----> 2 ác. láctico + 2 ATP
Heteroláctica: glucosa + ADP -----> ác. láctico + etanol + CO2 + ATP
- Fermentación propiónica:
glucosa ------> ác. propiónico + ác. acético + CO2 + 3 ATP
- Fermentación ácido-mixta:
glucosa ----> lactato + fórmico + acetato + etanol+ CO2 + H2 +ATP
- Fermentación acetona-butanol.
glucosa -----> acetona + n-butanol + ác. butírico + CO2 + 2 ATP
47
Fig. 2.3 Proceso de fermentación
Contamos con géneros bacterianos que presentan una gran diversidad
metabólica, capaces de transformar, biodegradar y utilizar como fuente de carbono
compuestos hidrófobos Fig.2.4.
48
2.1.2 ASIMILACION DE OTROS ELEMETOS
QUIMIOLITOTROFOS
Obtienen la energía y poder reductor mediante la oxidación de compuestos inorgánicos
reducidos.
Los sustratos inorgánicos que pueden ser utilizados por los quimiolitótrofos son formas
reducidas de N (NH4 +, NO2-), S (H2S, S0, S2O32-), Fe (Fe2+), el H2 y el CO
Poseen un metabolismo respiratorio en el que los electrones generados en la oxidación
de los sustratos pasan a través de una cadena transportadora de e- que genera un
gradiente de protones que impulsa la síntesis de ATP. El aceptor terminal de e- es el O2, y
la única diferencia sustancial con la respiración heterotrófica es el punto de la cadena
transportadora donde entran los electrones.
El problema reside en la generación del poder reductor. Los substratos (con excepción del
CO y el H2) no poseen un potencial de reducción lo suficientemente elevado como para
reducir directamente al NAD+. Para ello tienen que recurrir a un proceso denominado
transporte inverso de electrones. Parte de la fuerza protón motriz se usa para conducir los
e- en una dirección termodinámicamente desfavorable desde el substrato inorgánico hasta
el nucleótido de piridina oxidado (ver esquema en un libro o en clase).
El potencial redox de la mayor parte de los substratos y el consumo de gradiente de
protones en el transporte inverso hace que la eficiencia energética sea baja. Esto tiene
gran importancia ecológica y biotecnológica.
Metanobacterias.
Un caso particular de organismos quimiolitótrofos son las arqueas metanogénicas. Las
metanobacterias obtienen su energía formando CH4 mediante la reducción del CO2 por el
H2
CO2 + 4H2 ----> CH4 + H2O _G0= -31 Kcal/mol (1 ATP)
El bajo rendimiento en biomasa y largos tiempos de generación es de gran importancia en
los procesos de depuración de aguas residuales.
49
Respiración Anaerobia
SO4=
SH2
S0
SH2
CO2
CH3-COO
CO2
CH4
Fumarato
Succinato
NO3
NO2, NO-2, N2
Fe+3
Fe +2
Respiración de sulfato = Sulfato reducido
Anaerobios estrictos.
Respiración de azufre= Sulfo-reducción
Anaerobios estrictos y facultativos
Respiración de carbonatos Bacterias acetogenicas
Anaerobios estrictos
Respiración de carbonatos Bacterias metanogénicas
Anaerobios estrictos
Respiración de fumarato=Bacterias succinogenicas
Anaerobios facultativos
Respiración de nitrato=Bacterias desnitrificantes
Anaerobios facultativos
Respiración de hierro
Anaerobios estrictos y facultativos
Quimiolitrofia
S0, SO4=
SH2
H20
H2
CO2
CH4
Bacterias sulfooxidantes
Bacterias del hidrógeno
Bacterias metanotroficas
50
NO2, NO3
NH3
Fe+3
Fe +2
Bacterias nitrificantes
Bacterias del hierro
Metabolitos primarios y secundarios Metabolitos primarios:
Se producen en el curso de las reacciones metabólicas anabólicas o catabólicas que tiene
lugar durante las fases de crecimiento y que contribuyen a la producción de biomasa o
energía por las células.
Se producen principalmente en la trofofase o fase de crecimiento.
Metabolitos secundarios:
Se producen por rutas anabólicas especializadas cuando no hay crecimiento.
Significado evolutivo controvertido por ser imprescindibles. Pueden ser una estrategia
para mantener en funcionamiento los sistemas metabólicos cuando no hay crecimiento.
Son indicativos de diferenciación y se producen durante la fase de los cultivos.
51
ACTIVIDADES DE LA UNIDAD II
1.- Define que es metabolismo
2.- Explica y ejemplifica el anabolismo y catabolismo
3.- Menciona las diferencias entres quimiotrofos, quimilitrofos y fototrofos
4.- Explica cuales son las rutas que permiten a los microorganismos utilizar al carbono
como fuentes de energía
5.- Explica porque en los organismos anaerobios se utiliza con mayor frecuencia otros
elementos diferentes al carbono como fuente de energía
6.- Explica cuales son los beneficios del metabolismo de los microorganismos para la
degradación de los compuestos xenobióticos.
7.- Menciona ejemplos de microorganismos quimiotrofos, quimilitrofos y fototrofos
52
UNIDAD III. ACLIMATACIÓN A COMPUESTOS TOXICOS
Objetivo educacional: El alumno determinará la importancia de la aclimatación de los
organismos a los compuestos tóxicos, sus consecuencias y alternativas de remediación
3.1 INTRODUCCION
Dentro de los procesos de depuración de aguas residuales, los tratamientos biológicos
constituyen una importante alternativa. Su aplicación está basada en el aprovechamiento
de la capacidad de microorganismos para eliminar por asimilación y descomposición la
materia orgánica biodegradable presente en ciertas aguas residuales. Los equipos
utilizados para estos procesos son los biorreactores o reactores biológicos.
Para que se lleve a cabo la degradación de los compuestos tóxicos en los reactores, se
debe de pasar por un período en donde no existe una destrucción de dicho compuesto.
Este intervalo de tiempo de le llama período de aclimatación, o algunas veces adaptación
o período de retraso. Este puede ser definido como la duración del tiempo entre la adición
o entrada del químico en el medio ambiente. Durante este intervalo no se presenta ningún
cambio en la concentración es notado, pero entonces la desaparición llega a ser evidente
y la velocidad de destrucción se vuelve más rápida.
Cuando los microorganismos se ponen en contacto con compuestos tóxicos, en un
ambiente favorable, la aclimatación a estos compuestos puede ocurrir (Aelion et al.,
1989). Diversos fenómenos se han propuesto para explicar la fase de la aclimatación.
Wiggings et al. (1987) sugirieron que existe una selección y multiplicación de
microorganismos especializados durante esta fase, además pueden existir
transformaciones fisiológicas en el sistema metabólico de los microorganismos, es decir,
alteraciones a nivel regulación y producción enzimática, mutaciones, etc. En comunidades
microbianas aerobias, los períodos de aclimatación pueden variar entre varias horas a
varios días dependiendo de las características del agua residual (Wiggings et el al.1987) y
de las características iniciales del inóculo (Moreno y Buitrón, 2004).
53
3.2 ACLIMATACIÓN
Esta fase de aclimatación es considerada es importante para la salud y la ecología ya que
el químicos no es destruido, y al estar expuestos los humanos, animales y plantas por
tiempos prolongado posibilitan efectos indeseados. Pero si el químico se presenta en el
agua que fluye arriba y debajo de la tierra este puede ser salvajemente diseminado tanto
lateralmente como verticalmente por la ausencia de biodegradación detectada. En esto
ocasiona que los tóxicos se incrementar por la dispersión que han sufrido, provocando su
exposición a especies susceptibles a grandes distancias antes de que sea destruida.
Los períodos de aclimatación han sido reportados para muchos compuestos que son
introducidos en el suelo, agua, sedimentos y aguas cloacales. Entre los químicos que han
sido descritos con esta característica en un medio anaerobio y aerobio son los siguientes:
• Herbicidas
• Insecticidas
• Fungicidas
• Hidrocarburos aromáticos policiclicos
El tiempo de aclimatación varía enormemente este puede ser menos de una hora o
muchos meses, la duración depende de los químicos y el medio ambiente, de la
concentración del compuesto y de las condiciones del medio ambiente. Los valores no
están regulados pues el período de aclimatación para cada uno de los químicos puede ser
más largo o más corto este depende de la concentración, el medio ambiente, la
temperatura y el estado de aeración y otros factores que no son identificados. Por ejemplo
el período puede ser especialmente largo en ambientes anaerobios para algunos
compuesto como la molécula de cloradas. El no poder predecir correctamente la duración
del período de aclimatación para las sustancias químicas tóxicas que hay en el ambiente,
ocasiona un grave problema pues no se puede llevar a cabo un tratamiento biológico
eficiente.
La fase de aclimatación es considerada muy importante para biodegradación de los
compuestos tóxicos, debido a que después de que se presenta, la velocidad con la que el
54
químicos de metaboliza es más rápida, pero algunas veces no sucede, por lo que se debe
de presentar una segunda adicción del químicos en donde si no hay disminución del
contaminante no se presenta la aclimatación. Esto se asume debido a que la
biodegradación es detectada inmediatamente de la segunda adicción de químicos porque
los microorganismos responsables de la transformación legan hacer numerosos debido a
que van creciendo, después de una segunda exposición.
Sin embargo es más común tener una mayor velocidad de biodegradación la cual es
usualmente medida como la pérdida del compuesto o la formación de CO2 que es la
forma de mineralizar el compuesto.
Se pueden distinguir cuatro fases en el cultivo: (a) la fase lag en la que el microorganismo
se adapta a las nuevas condiciones y pone en marcha su maquinaria metabólica para
poder crecer activamente. La duración de esta fase es variable y en general es mayor
cuanto más grande sea el cambio en las condiciones en las que se encuentra el
microorganismo. (b) La fase exponencial cuya cinética explicamos en la página anterior.
(c) La fase estacionaria en la que no hay aumento neto de microorganismos, lo que no
significa que no se dividan algunos, sino que la aparición de nuevos individuos se
compensa por la muerte de otros. (d) La fase de muerte en la que el número de
microorganismos vivos disminuye de forma exponencial con una constante k que depende
de diferentes circunstancias (fig. 3.1)
Fig 3.1 Fases de aclimatación de los microorganismos.
55
3.2.1 FACTORES QUE AFECTAN LA ACLIMATACIÓN
La aclimatación de las comunidades de microorganismos a un sustrato (compuesto
tóxico) frecuentemente resulta de una aclimatación simultánea para algunos pero no
todos ya que no están relacionados con las moléculas del contaminante para poder
utilizarlos en su metabolismo como fuentes de energía. Porque las especies presentes
frecuentemente actúan en varios sustratos. Las especies favorecidas por la primera
adición puede destruir más rápido a los compuestos análogos por ejemplo cuando la
comunidad de microorganismos de suelo llegan a aclimatarse destruyen el 2-4 dicloro o 4-
cloro-2metil fenol acético, ocasionando que simultáneamente adquiera la capacidad de
destrucción más rápida de otros herbicidas. Si el suelo llega a enriquecerse con
microorganismos que tienen una degradación más rápida de EPTC, entonces puede
ocurrir una degradación más rápida de un herbicida similar.
Un efecto análogo es evidente con fungicidas dicarboxilados al presentar estructuras
relacionadas. La estimulación de los microorganismos que metabolizan el fenol del agua,
son capaces de realizar una degradación de compuestos con una similitud en su
estructura química como el 4-clorofenol y 3-aminofenol. También se presenta una forma
análoga se ha presentado en la aclimatación de los compuestos de hidrocarburos
aromáticos policiclicos en los sedimentos marinos, los cuales son más aptos para
aclimatarse más rápidamente a otros compuestos policiclicos o derivados del benceno
La duración de la aclimatación es afectada por varios factores del medio ambiente como
son: la temperatura, ya que presenta un mayor impacto en la duración de la aclimatación
en la fase de activación como es el período más largo antes de que se presente la
biodegradación. Por ejemplo la biodegradación del aceite es más lenta a bajas
temperaturas.
Temperatura
Cada microorganismo tiene una temperatura de crecimiento adecuada. Si consideramos
la variación de la velocidad de crecimiento (m) en función de la temperatura de cultivo,
podemos observar una temperatura mínima por debajo de la cual no hay crecimiento
(dX/dt = 0); a temperaturas mayores se produce un incremento lineal de la velocidad de
56
crecimiento con la temperatura de cultivo hasta que se alcanza la temperatura óptima a la
que m es máxima. Por encima de esta temperatura óptima, la velocidad de crecimiento
decae bruscamente (µ = 0) y se produce la muerte celular.
El incremento de µ con la temperatura se debe al incremento generalizado de la velocidad
de las reacciones enzimáticas con la temperatura. Se denomina coeficiente de
temperatura a la relación entre el incremento de la velocidad de reacción y el de
temperatura. En términos generales, la velocidad de las reacciones bioquímicas suele
aumentar entre 1.5 y 2.5 veces al aumentar 10ºC la temperatura a la que tienen lugar. La
ausencia de crecimiento (µ=0) a temperaturas muy bajas se debe a la reducción de la
velocidad de crecimiento y al cambio de estado de los lípidos de la membrana celular que
pasan de ser fluidos a cristalinos (algo parecido a la precipitación del aceite a bajas
temperaturas) impidiendo el funcionamiento de la membrana celular. La muerte celular a
altas temperaturas se debe a la desnaturalización de proteínas y a las alteraciones
producidas en las membranas lipidicas a esas temperaturas.
Es importante tener en cuenta que a temperaturas muy bajas, el metabolismo celular es
muy bajo y las células paran de crecer; aunque no tienen porqué comenzar a morir. Sin
embargo, cuando la temperatura es superior a la óptima, se produce la muerte celular
rápidamente y las células no pueden recuperar su capacidad de división si baja
posteriormente la temperatura. Esto permite esterilizar por calor y no por frío.
Además de los indicados existen organismos hipertermófilos que pueden crecer a
temperaturas cercanas o incluso superiores a 100ºC en condiciones de alta presión. Son
microorganismos muy importantes desde el punto de vista ambiental. Los
microorganismos psicrótrofos son mesófilos que pueden crecer a temperaturas bajas.
Esto es importante desde el punto de vista aplicado porque cuando se encuentran
contaminando alimentos, son capaces de crecer en condiciones de refrigeración (4 - 8ºC)
y de producir infecciones en los consumidores del alimento (30 - 35 ºC).
Los microorganismos deben ser cultivados a la temperatura adecuada para que su
crecimiento sea el deseado. En cualquier caso, hay que tener en cuenta los problemas
derivados de las altas temperaturas y controlar la de los fermentadores para evitar la
esterilización de los cultivos. Estas altas temperaturas, por otro lado, tienen interés
aplicado en el campo de la termodestrucción de microorganismos y en algunos procesos
57
de fermentación en los que el incremento de temperatura que se produce es capaz de
eliminar los microorganisos mesófilos patógenos presentes.
Los microorganismos se comportan a bajas temperaturas de forma diferente según se
trate de condiciones de refirgeración (0ºC-8ºC) o de congelación (por debajo de -20ºC).
En condiciones de refrigeración los microorganismos mesófilos y termófilos detienen su
crecimiento (µ=0) y se mantienen durante largo tiempo sin morir. Los psicrófilos y
psicrótrofos pueden crecer en estas condiciones y llegar a producir poblaciones
importantes.
En condiciones de congelación, la formación de cristales en el interior de las células
produce unas altas mortalidades que reducen el tamaño de la población. En el momento
de la congelación se produce la muerte rápida de muchos microorganismos y, a tiempos
más largos, la tasa de muerte se reduce aunque el número de viables sigue
disminuyendo. En esta segunda fase, la mortalidad es más rápida cuando la temperatura
de congelación es más alta (más próxima a valores de -20ºC) que cuando es menor
(valores de -80ºC).
La tolerancia a la congelación de diferentes microorganismos puede variar.
No se puede considerar la congelación un procedimiento de esterilización sino sólo (en el
caso de microbiología de alimentos) un procedimiento de conservación.
Se pueden conservar largo tiempo cultivos de microorganismos o de células eucarióticas
congelados en medios que contengan agentes crioprotectores como el glicerol.
Agua
Cuando un microorganismo se encuentra en un substrato con una actividad de agua
menor que la que necesita, su crecimiento se detiene. Esta detención del crecimiento no
suele llevar asociada la muerte del microorganismo, sino que éste se mantiene en
condiciones de resistencia durante un tiempo más o menos largo. En el caso de las
esporas, la fase de resistencia puede ser considerada prácticamente ilimitada.
La gran mayoría de los microorganismos requiere unos valores de actividad e agua muy
altos para poder crecer. De hecho, los valores mínimos de actividad para diferentes tipos
de microorganismos son, a título orientativo, los siguientes: bacterias aw>0.90, levaduras
aw>0.85, hongos filamentosos aw>0.80. como puede verse, los hongos filamentosos son
capaces de crecer en substratos con una actividad de agua mucho menor (mucho más
secos) de la que permite el crecimiento de bacterias o de levaduras. Por esta razón se
58
puede producir deterioro de alimentos de baja actividad de agua (por ejemplo, el queso o
almíbares) por mohos (hongos filamentosos) y no por bacterias.
Existen microorganismos extremadamente tolerantes a las actividades muy bajas (toleran
valores de aw=0.60). Algunos de estos microorganismos pertenecen al grupo de las
Arqueas y pueden observarse en las salinas de desecación formando manchas
coloreadas en los depósitos de sal.
La reducción de la actividad de agua para limitar el crecimiento bacteriano tiene
importancia aplicada en industria alimentaria. La utilización de almíbares, salmueras y
salazones reduce la actividad de agua del alimento para evitar su deterioro bacteriano.
Es un parámetro crítico en el cultivo de microorganismos ya que estos sólo pueden crecer
en un rango estrecho de pH fuera del cual mueren rápidamente.
pH
El pH intracelular es ligeramente superior al del medio que rodea las células ya que, en
muchos casos, la obtención de energía metabólica depende de la existencia de una
diferencia en la concentración de protones a ambos lados de la membrana citoplásmica.
• Cada tipo de microorganismo tiene un rango de pH en el que puede vivir
adecuadamente, fuera de este rango muere.
• Los rangos de pH tolerables por diferentes tipos de microorganismos son, también,
distintos. Hay microorganismos acidófilos que pueden vivir a pH=1.0 y otros
alcalóficlos que toleran pH=10.0
• El pH interno en la mayoría de los microorganismos está en el rango de 6.0 a 7.0.
Hay que considerar que, como consecuencia del metabolismo, el pH del medio de
cultivo suele tender a bajar durante el cultivo. Por consiguiente, es necesario controlar
el pH de los cultivos industriales para evitar que un descenso excesivo pueda producir
la autoesterilización del cultivo.
Por otra parte, la bajada del pH del medio que producen ciertos microorganismos les
confiere una ventaja selectiva frente a otros microorganismos competidores. Así, por
ejemplo, las bacterias lácticas que producen grandes cantidades de ácido láctico como
consecuencia de su metabolismo primario reducen el pH del medio de cultivo a valores
inferiores a los soportables por otras bacterias competidoras (llegan a bajar el pH del
medio hasta 4.5). De esta forma, las bacterias competidoras mueren y las lácticas se
convierten en la población dominante.
59
La bajada del pH se puede deber a varios factores, uno de los cuales es la liberación de
ácidos orgánicos de cadena corta (fórmico, acético, láctico) por ciertas bacterias. En este
sentido, hay que tener en cuenta que la acción bactericida de estos ácidos orgánicos de
cadena corta es más potente que la debida únicamente a la bajada del pH que producen.
En resumen, es necesario controlar el pH de los cultivos y de las fermentaciones
industriales para que se mantenga en los niveles adecuados para el crecimiento y
metabolismo correcto del microorganismo con el que se trabaja.
Presión hidrostática
Las altas presiones inhiben el crecimiento de los microorganismos. Esto limita la altura de
los fermentadores que se pueden utilizar sin que las altas presiones hidrostáticas del
fondo inhiban el crecimiento. La altura de los fermentadores, por tanto, se suele limitar a
un máximo de 14.5m (lo que genera una presión de 1.5 atm).
La razón por la que las altas presiones inhiben el crecimiento no está clara, aunque se ha
visto que se detiene la síntesis de proteínas y los procesos catabólicos.
También en este caso hay una gran variabilidad en la tolerancia de los microorganismos s
las altas presiones. En este sentido, hay que señalar a los microorganismos barófilos que
han sido aislados de fosas oceánicas y que crecen sometidos a presiones
extraordinariamente elevadas.
Desde el punto de vista aplicado y a parte de la consideración hecha sobre el tamaño de
los fermentadores, el efecto de la presión sobre el crecimiento de los microorganismos
tiene importancia en el desarrollo de sistemas de eliminación de microorganismos en
alimentos mediante altas presiones y en la consideración de los microorganismos que
participan en procesos en los que aumenta la presión tales como la fabricación de vinos
espumosos.
La concentración de N y P o ambos pueden ser muy importantes en algunos ambientes
acuáticos en donde sus concentraciones bajas pero que permiten que los
microorganismos puedan crecer; esta condición permite que el período de aclimatación de
los microorganismos a altas concentraciones de N o P al responder los microorganismos
el uso de N o P inorgánico del medio ambiente lo que permite la degradación de
moléculas que presentan este tipo de elementos.
60
La concentración del compuesto que es metabolizado afecta la mayor parte del tiempo
que pueda presentarse la degradación al disminuir su concentración la velocidad de
biodegradación de los químicos incrementa los niveles de concentración pero la pérdida
del químico es usualmente determinada por la cantidad e CO2.
61
ACTIVIDADES DE LAUNIDAD III
1.- Define que es la aclimatación
2.- Explica porque se presenta la aclimatación de los organismos a compuestos tóxicos.
3.- Menciona cuales son las características que presentan el ambiente para poder
aclimatarse los microorganismos.
4.- Explica la importancia de cada una de las fases del proceso de aclimatación de los
microorganismos a compuestos tóxicos.
5.- Explica por qué la temperatura es un factor importante para la aclimatación de los
microorganismos.
6.- Explica cuales son los beneficios de la aclimatación para la biodegradación de los
compuestos xenobióticos.
7.- Explica a importancia de las analogías que presentan la estructura química de los
compuestos xenobioticos, una vez que sea presentado la aclimatación.
8.- Explica cómo influye el pH y la presión en la aclimatación de los microorganismos
9.- Si tenemos bacterias acidofilas como se puede llevar a cabo la aclimatación en un
medio neutro
10.- Explicar porque no se puede generalizar en un periodo de aclimatación.
62
UNIDAD IV: CINETICA
Objetivo educacional: El alumno conocerá los principales métodos de saneamiento de
muestras de agua por medio biodegradable.
4.1. GENERALIDADES
Cuando se siembran microorganismos en un medio de cultivo apropiado, los mismos
comienzan a dividirse activamente empleando los nutrientes que le aporta el medio de
cultivo para "fabricar" nuevos microorganismos. Este proceso continúa hasta que algún
nutriente del medio de cultivo se agota (sustrato limitante) y el crecimiento se detiene.
También puede detenerse el crecimiento por acumulación de alguna substancia inhibidora
formada por los mismos microorganismos, pero supóngamos por ahora que éste no es el
caso y que la primera alternativa es la válida. Luego hay dos aspectos claramente
diferenciables que hacen al crecimiento microbiano: uno estequiométrico, por el cual la
concentración final de microorganismos obtenidos dependerá de la concentración y
composición del medio de cultivo, y el otro cinético, el que dirá con qué velocidad se lleva
a cabo el proceso.
Para lograr el crecimiento equilibrado de un microorganismo requiere la integración de un
gran número de rutas metabólicas interconectadas que participan en la generación de
energía y la biosíntesis. Las rutas de anabolismo y del catabolismo se llevan a cabo
mediante una serie de enzimas, y es a través de ellas que se ejerce el control. Las
enzimas tienen que ver con la descomposición de sustratos llevadas a cabo por los
microorganismos y como estas vías están unidad a rutas biosintéticas, ya sea mediante
intermediarios de alta energía o de bajo peso molecular. Esta actividad metabólica global
de la célula en crecimiento representa el funcionamiento de un gran número de
enzimáticas interconectadas que necesitan un balance muy bueno para funcionar para la
apropiadamente.
Las enzimas son los catalizadores de los organismos vivos. Sin ella no existiría la vida tal
como la conocemos, son proteínas, producto directo de la expresión génica, la cual en
forma altamente integrada, regulada e incluso dinámica, canaliza modula y hace posible el
vasto arreglo de vías metabólicas que yacen en el centro de la biotecnología.
63
Las enzimas que catalizan una reacción reversible y depende de una cierta concentración
de sustrato para operar, a menudo no parecen tener sustrato suficiente cuando éste se
calcula por célula.
Fig. 4.1 ejemplo de enzima sustrato
Características de las enzimas • Proteínas con actividad catalítica de los seres vivos.
• Unidades del Metabolismo
• Regulan la velocidad de las reacciones químicas. espontáneas (DG-).
• No promueven reacciones no-espontáneas (DG +).
• Incrementan la Velocidad de reacción 103 a 1012 veces
Propiedades Generales
Aumentan la velocidad de reacción, aún más rápido que los catalizadores químicos, de
106 a 1012 veces sin enzima
Condiciones de reacción: Temperatura 25-40 °C (algunas hasta 75°C)
pH neutro (5-9), la mayoría 6.5-7.5)
Presión atmosférica normal
Capacidad de regulación Por concentración de sustrato
Por concentración de enzima
Por inhibidores competitivos (semejante al sustrato)
64
Por inhibidores no competitivos
Alta especificidad de reacción
Fig.4.2 Ejemplo de alta especificad de reacción entre la enzima y el sustrato.
65
Fig. 4.3 Ejemplo de cómo se lleva a cabo la reacción enzima sustrato.
66
Fig.4.3 Ejemplo de cómo se lleva a cabo una reacción
La velocidad con la que se realiza
67
Fig.4.4. Mecanismo en donde se ejemplifica el proceso de la enzima unida al sustrato
4.1.1 PROCESOS LIGADOS AL CRECIMIENTO.
En la utilización de bacterias en reactores biológicos con el fin de la descomposición de la
materia orgánica, la fase de crecimiento exponencial será la de interés, ya que en esta
fase es en la que se produce la mayor tasa de descomposición. Para mantener el cultivo
en esta fase se tendrá que vigilar los parámetros más importantes que influyen a las
bacterias: pH, temperatura, disponibilidad de nutrintes, presencia o ausencia de oxígeno
Ecuación de Monod: Velocidad de crecimiento de microorganismos en función de la
concentración de sustratos.
Donde:
Ks: Constante de saturación: Mide el grado de afinidad del microorganismo por el sustrato
S: Concentración del sustrato limitante μ es la velocidad específica de crecimiento de los
microorganismos.
La variación de la concentración de sustrato según este modelo viene determinado por la
ecuación:
Donde:
Y es el rendimiento de la síntesis bacteriana, es decir el aumento de biomasa por unidad
de masa de sustrato consumido.X es la cantidad de biomasa disponible
Cinética de crecimiento
68
Debido a la naturaleza autocatalítica del crecimiento microbiano, es lógico suponer que la
concentración de microorganismos, X, influye en la velocidad con que aumenta la
población, rx Así
En esta ecuación, p es la velocidad específica de crecimiento, la cual para un tipo de
microorganismo dado depende principalmente de la composición y concentración del
medio de cultivo, presencia de inhibidores, temperatura y pH.
Existen diversas expresiones para p: la más difundida es la ecuación de Monod, que
relaciona el valor de u con la concentración de un componente del medio de cultivo que
está en defecto respecto de los requerimientos del microorganismo: el sustrato limitante.
donde S es la concentración de sustrato limitante, um es la velocidad de crecimiento
específica máxima, y Ks se conoce como constante de saturación. El valor de Ks está
inversamente relacionado con la afinidad del microorganismo por el sustrato.
Cuando S » Ks, u toma el valor de um y r x sólo depende de X.
En general K8 tiene valore muy bajos, del orden de los mg l -1 , por tanto concentraciones
relativamente bajas de S son suficientes para hacer que u=um. En promedio las bacterias
poseen valores de um cercanos a 0.9 h-1 , las levaduras 0.45 h-1 y los hongos
filamentosos 0.25 h-1 ; de todos modos um debe ser determinado experimentalmente
para cada caso en particular.
La presencia de inhibidores del crecimiento en el medio de cultivo causa disminución en el
valor de p. La substancia inhibidora puede ser algún componente del medio de cultivo o
algún producto formado por los microorganismos. El tipo de inhibición, al igual que en
cinética enzimática, puede ser competitiva o no competitiva.
69
4.1.2 BIODEGRADACION SIN CRECIMIENTO DE MICROORGANISMOS
Muchos de los procesos industriales que generan aguas conteniendo compuestos tóxicos
orgánicos se caracterizan por su variabilidad. En efecto, en las industrias química,
farmacéutica, de plásticos, papel y celulosa, petroquímica, etc., muchos de los procesos
de manufactura son en lotes. De esta manera, al efectuar el lavado de los tanques de
proceso se generan aguas residuales con altas concentraciones de tóxicos de manera
puntual y, posteriormente, la concentración disminuye o se vuelve nula. Estas variaciones
temporales de la concentración de sustrato (o ayuno) tienen como efecto una gran
variabilidad en la actividad de los microorganismos presentes en las plantas de
tratamiento de aguas residuales. En general, y en el mejor de los casos, las eficiencias de
eliminación de la materia orgánica, no son satisfactorias.
En ocasiones los microorganismos simplemente no toleran el tóxico y son inhibidos a tal
grado que su actividad cesa.
A pesar que la pérdida de actividad debida al paso de los microorganismos por un periodo
de ayuno ha sido reportada por varios autores (Arbuckle y Kennedy, 1989 ;Babcock et al.,
1992 ; Hess et al., 1993), esta variable no es considerada en el diseño de los sistemas de
70
tratamiento de aguas, ocasionando un mal funcionamiento en la operación de las plantas
de tratamiento de aguas residuales industriale(.www.cepis.org.pe/bvsaidis/impactos/peru/)
71
ACTIVIDADES DE LA UNIDAD IV
1.-Define que es una enzima
2.- Explica que es un complejo enzima sustrato
3.- Explica cuál es la importancia de las enzimas para la biodegradación de compuestos
xenobioticos
4.- Explica que sucede cuando se lleva a cabo la producción de enzimas por los
microorganismos.
72
UNIDAD VI: COMETABOLISMO
Objetivo educacional: El alumno aplicará los principales métodos microbiológicos de potabilización del agua.
Varios compuestos sintéticos y orgánicos, que son tanto de importancia ambiental como
toxicológica son degradados por cometabolismo. El término cometabolismo define la
transformación de un compuesto llamado cosustrato, en presencia obligada de un
sustrato durante el crecimiento o por células en reposo en ausencia del sustrato de
crecimiento (Perry, 1979). El cosustrato o cometabolito no aporta energía, carbono o
algún otro nutriente y en consecuencia es incapaz de soportar la replicación celular. El
sustrato de crecimiento actúa como un donador de electrones que proporciona poder
reductor y energía para el crecimiento y mantenimiento celular.
La presencia del cosustrato no induce la actividad enzimas involucradas en la
transformación, ya que se trata de una forma colateral a la degradación del sustrato el
cual si induce la actividad enzimática (García 2008)
El cometabolismo es una forma de biodegradación en la cual un compuesto es
metabolizado simultáneamente junto con otro, y la degradación del segundo (cosustrato)
depende de la presencia del primer substrato, este mecanismo tiene mayor parecido a los
que se presentan en la naturaleza ya que en la naturaleza no se hayan substratos puros
sino complejas mezclas de los mismos, los xenobióticos se degradan muchas veces por
cometabolismo (Singleton, 1994 y Venkataramani y Ahlert, 1985).
Las encargadas de realizar la biodegradación en un microorganismo son las enzimas,
estas proteínas son de varios tipos, tales como: monoxigenasas, dioxigenasas, ligninasas,
ligninoperoxidasas, polifenol oxidasas y lacasas según el substrato sobre el que van a
actuar (Singleton, 1994). Actualmente, se han estudiado muchas enzimas y la forma en
que actúan sobre sus substratos.
Los compuestos recalcitrantes no sirven usualmente como fuentes de carbón ó de
energía para el crecimiento microbiano. Si acaso se degradan, es mediante un proceso de
cometabolismo, durante el cual otros compuestos son utilizados como fuente de energía
73
(el cometabolito) con la degradación lateral del compuesto blanco. La degradación
completa (mineralización) de moléculas orgánicas relativamente complejas a bióxido de
carbono o metano requiere el esfuerzo concertado de bacterias de diferentes grupos: las
fermentativas hidrolíticas (eubacterias, p. ej. Chlorobium), las acetogénicas (eubacterias,
p. ej. Desulfovibrio y Desulfomatuculum) y las metanogénicas (arqueobacterias, p. ej.
Methanosaeta y Methanospirillum). Debido a su condición de asociaciones sintróficas
(animación sintrofía), el aislamiento de cultivos puros a partir de los consorcios
metanogénicos es difícil y ha ocasionado errores en la clasificación de sus elementos.
En general las tasas de biodegradación de compuestos en el medio ambiente son más
lentas que en el laboratorio, por eso la contaminación es un factor tan crítico, la tasa de
producción de contaminantes es mucho más alta que la de biodegradación en algunas
ocasiones. Por tanto conocer los factores que afectan la tasa de degradación es de suma
importancia, el gran problema es que muchos de estos factores pueden controlarse en el
laboratorio, mas no así en el medio ambiente. Dentro de los factores que afectan la tasa
de degradación de los hidrocarburos aromáticos polinucleados (de ahora en adelante
llamadosHAP) están las que se describen a continuación (Tang et al, 2005).
Las comunidades microbianas en ecosistemas contaminados tienden a ser dominadas
por aquellos organismos capaces de utilizar y/o de sobrevir los compuestos tóxicos. Como
resultado, estas comunidades son menos diversas que aquellos sistemas de referencia no
contaminados, aunque la diversidad también puede estar influenciada por la complejidad
de la mezcla de compuestos presentes y por el tiempo que las poblaciones han estado
expuestas Sin embargo, cuando las bacterias Gram-negativas dominan el sistema (como
es frecuente en el caso de ambientes contaminados con hidrocarburos), el conocimiento
derivado de los biomarcadores lipídicos se limita al estado nutricional o fisiológico de la
comunidad bacteriana más que a su diversidad.
Interesantemente, casi todos son eubacterias, aunque en algunos casos se encontraron
arqueobacterias y eucariotes. Aunque no han sido caracterizados en su totalidad, muchos
de estos microorganismos poseen actividades de peroxidasas y oxigenasas, que permiten
la oxidación más ó menos específicas de algunas fracciones del petróleo. Esta oxidación
cambia las propiedades de los compuestos, haciéndolos susceptibles de ataques
secundarios y facilitando su conversión a bióxido de carbono y agua. En algunas
74
ocasiones no es necesario llegar a la mineralización, sino que basta una oxidación para
disminuir notablemente su toxicidad o aumentar su solubilidad en agua, incrementando su
biodisponibilidad.
Uno de los géneros bacterianos más explotados en bioprocesos no-convencionales es
Rhodococcus, un grupo único consistente en microorganismos que presentan una gran
diversidad metabólica, particularmente hacia la utilización de compuestos hidrofóbicos
tales como hidrocarburos, fenoles clorados, esteroides, lignina, carbón y petróleo. Algunas
cepas de Rhodococcus han sido utilizadas en aplicaciones industriales y ambientales,
incluyendo la producción de ácido acrílico y acrilamida, conversiones de esteroides y
bioremediación de hidrocarburos clorados y fenoles. Estos microorganismos presentan
una notable capacidad de degradar hidrocarburos alifáticos halogenados y numerosos
compuestos aromáticos, incluyendo algunos sustituidos por halógenos, así como
hidrocarburos policíclicos aromáticos.
Las bacterias del género Rhododoccus poseen una gran variedad de vías metabólicas
para la degradación y modificación de compuestos aromáticos, incluyendo las actividades
de di-oxigenasa y mono-oxigenasa sobre anillos así como la actividad de ruptura de
catecol. Algunos aislados presentan también la vía del 3-oxoadipato. La tolerancia de
éstas bacterias a la falta de nutrientes, su carencia de un sistema de represión catabólica
y su persistencia ambiental las hace excelentes candidatas para los tratamientos de
bioremediación. Algunas cepas producen poli-3-hidroxialcanoatos, otras acumulan
metales pesados y otras son fuente de enzimas útiles como la fenilalanina
deshidrogenasa y endoglucosidasas. Otras aplicaciones potenciales de los Rhodococos
incluyen la biodesulfuración de combustibles, la deshalogenación de emisiones gaseosas
y la construcción de biosensores
En este punto quizá estés preguntandote cómo adquirieron los microorganismos la
capacidad de degradar compuestos que a los que nunca habían estado expuestos. Para
entenderlo hay que tener en consideración que para cualquier organismo (inclusive para
los humanos) lo más importante es reproducirse y perpetuar sus genes, por lo que
cualquier condición ambiental o nutricional que reduzca su probabilidad de reproducirse
despertará una reacción inmediata a nivel metabólico y en segunda instancia a nivel
genético.
75
Algunas de las estrategias que se han observado en respuestas de este tipo de retos son:
1.-Reclutamiento. Cuando un organismo se encuentra ante una condición ambiental
completamente desconocida de manera abrupta sólo puede utilizar lo que ya tiene. Es
decir, que puede explotar alguna actividad enzimática existente para degradar un
compuesto nuevo y sobrevivir al reto. Ejemplo de esto es la utilización de enzimas
dedicadas a la degradación de lignína (un componente de la corteza de los arboles) para
degradar HPAs por algunos hongos.2.-Transferencia horizontal. Sabemos que es común
entre bacterias la incorporación de material genético de organismos similares por medio
de mecanismos celulares de transferencia (conjugación), pero también pueden
incorporarlo de organismos distantes e inclusive completamente diferentes por medio de
virus (transducción) o directamente del medio (transformación) (animación transferencia
horizontal) El material genético incorporado puede integrarse al de la bacteria,
enriqueciendo su repertorio metabólico con nuevas funciones, incluyendo aquellas que le
permitan degradar compuestos xenobióticos. Un ejemplo de esto es la transferencia de
los genes para degradar fenol entre diferentes especies de Pseudomonas en suelo.
Estrategias recombinantes para la generación de nuevos microorganismos
biodegradadores
Aunque una gran variedad de microorganismos capaces de degradar xenobióticos tóxicos
altamente estables han sido identificados, todavía muchos contaminantes persisten en el
ambiente. Avances recientes en el campo de la tecnología del ADNr han proporcionado
soluciones a estos problemas. Clásicamente, uno de los factores limitantes en la
bioremediación de sitos contaminados ha sido la baja tasa de degradación. Mediante el
uso de ADNr es posible extender el rango de los sustratos que un organismo puede
utilizar y la tasa de consumo, inclusive se puede habilitar a un organismo con la capacidad
de degradar un rango predeterminado de xenobióticos. Dado que los procesos
biotecnológicos están basados en actividades naturales de microorganismos y sólo
constituyen variaciones en el tratamiento convencional de deshechos, son aceptados
publicamente. Esta es un área donde la ingeniería genética puede hacer impotantes
aportaciones al manipular los genes catabólicos.
A diferencia de las bacterias utilizadas en el trabajo de laboratorio, los organismos
genéticamente modificados destinados a ser liberados al medio ambiente como agentes
bioremediadores deben ser capaces de expresar su fenotipo bajo el control de señales
externas presentes en el medio al cual van a incorporarse. Esta es una diferencia
significativa con respecto a otros procesos biotecnológicos (por ejemplo un bioreactor) en
76
el cual las condiciones de trabajo pueden establecerse a voluntad del operador. En el
campo, las condiciones de operación se determinan por el ambiente externo. El principal
problema es, por lo tanto, como programar fisiológica y genéticamente a las bacterias
para expresar el fenotipo deseado al nivel y en el momento preciso, bajo circunstancias
fisicoquímicas sobre las cuales no se tiene control. Este reto ha motivado el desarrollo de
una nueva generación de sistemas de expresión de amplio rango específicamente
diseñados para bacterias, particularmente Pseudomonas, pero también para otros
organismos Gram-negativo.
5.1 Microbiología de la potabilización del agua
El agua en estado natural se encuentra notablemente extendida en la naturaleza al estado
sólido en la nieve, hielo, granizo y escarcha; al estado líquido en los mares, ríos, lagos,
cataratas y fuentes, y al estado vapor en la humedad atmosférica. El agua es una mezcla
de agua con sales y gases disueltos, y un elemento indispensable para la vida humana,
debido a que en el hombre representa aproximadamente el 70% del peso total de su
cuerpo. El hombre la utiliza como elemento para su nutrición, ya sea como bebida o como
integrante de alimentos; la requiere para el lavado de trastos y ropas; la exige para el
aseo personal y dispone de ella para alejar sus desechos, le proporciona comodidad al
resolver numerosos problemas de su vida cotidiana. La salud humana, depende no solo
de la cantidad de agua que utiliza. Según la Organización Mundial de la salud “casi la
cuarta parte de las camas disponibles en todos los Hospitales del mundo, están ocupadas
por enfermos cuyas dolencias se deben a la insalubridad del agua “. Esto quiere decir que
cuando el agua, por contacto con la tierra o con el hombre, ha modificado su composición,
puede convertirse en un peligro y ocasionar grandes daños. Las funciones principales del
agua es la de mantener la existencia de la vida y funcionamiento de la economía. Para
poder hacer uso de ella, es indispensable que el agua cumpla con características que
permitan hacerla apta para cualquier uso que se destine.
El agua que beben la mayoría de las comunidades y municipalidades se obtiene de
fuentes superficiales, pozos, ríos, corrientes y lagos. Los sistemas municipales de
purificación han sido perfeccionados para proteger a los habitantes contra la
contaminación del agua, por el crecimiento de las poblaciones los problemas de
contaminación se han agudizado. Cada vez se necesita mayor cantidad de agua y la
usada debe ser desechada, generalmente regresándola a un depósito natural que a su
77
vez es fuente de aprovisionamiento de otra comunidad. Puesto que el agua es portadora
de microorganismos patógenos, puede poner en peligro la salud y la vida.
Los microorganismos patógenos más frecuentemente transmitido por el agua producen
infecciones del aparato digestivo como fiebre tifoidea, paratifoidea, disentería (bacilar y
amibiana) y cólera. Los agentes etiológicos de estas se encuentran en las materias
fecales y la orina de los infectados y cuando son eliminadas pueden llegar a un deposito
que desemboque en una fuente de agua para beber.
El número de muertes anuales, directamente relacionadas con el consumo de agua no
potable, en el mundo se eleva a tres millones. Casi la mitad de la población de los países
en desarrollo padece enfermedades transmitidas por el agua. Este grupo comprende
enfermedades gastroentéricas tales como la giardiasis, la hepatitis A y los rotavirus, así
como las enfermedades epidémicas clásicas que se transmiten por el agua: Cólera,
Disentería y Fiebre Tifoidea. Entre las enfermedades transmitidas por el agua, el grupo de
las enfermedades diarreicas es la causa principal de mortalidad y morbilidad infantil en los
países en desarrollo. Se calcula que del total de defunciones mundiales vinculadas con la
diarrea, más del 90% ocurren en niños de menos de cinco años de edad y son causadas
por enfermedades que no son el Cólera. Al igual que en el resto del país, las
enfermedades infecciosas gastrointestinales son el principal problema de salud. Los niños
son especialmente vulnerables a este tipo de padecimientos, que a menudo provocan
diarrea aguda y, en ocasiones, la muerte por deshidratación. En 1991, la tasa de diarrea
aguda en México era de 3,233 casos por cada 100,000 habitantes; 46 por ciento de estos
casos ocurrieron en niños menores de 5 años. Los parásitos protozoarios, como la Giardia
y la Entamoeba histolitica, son agentes prominentes causales de diarrea. La disentería
amibiana, endémica en México se transmite bajo la forma de quistes de Entamoeba
histolitica, a menudo a través de agua de beber contaminada por heces. El nivel normal
de cloro tiene poco o ningún efecto en la amiba enquistada. Las infecciones por parásitos,
rotavirus y bacterias, en niños pequeños representan igualmente un problema y
prevalecen con promedios elevados en las áreas pobres de México.
Principales enfermedades de transmisión hídrica y agentes responsables. Enfermedad: Agentes Origen bacterianoFiebres tifoideas y paratifoideas: Salmonella
typhi y paratyphi A y B Disentería bacilar: Shigella sp Cólera: Escherichia coli
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enterotoxigénicaGastroenteritis aguda y diarreica: Campylobacter, Yersinia enterocolítica,
Salmonella sp, Shigella.
Origen vírico Hepatitis A y E: Virus de la hepatitis A y E Poliomielitis: Virus de la polio
Gastroenteritis aguda y diarrea: Rotavirus, Enterovirus, Adenovirus, etc.
Origen parasitario Disentería amebiana: Entamoeba histolítica Gastroenteritis: Giardia
lamblia, Cryptosporidium
Bacterias Indicadoras de Contaminación Las condiciones bacteriológicas del agua son fundamentales desde el punto de vista
sanitario. La norma bacteriológica de calidad establece que el agua debe estar exenta de
patógenos de origen entérico y parasitario intestinal que son los responsables de
transmitir enfermedades como salmonelosis, shigelosis, amebiasis, etc.
Los microorganismos indicadores de contaminación deben cumplir los siguientes
requisitos: fáciles de aislar y crecer en el laboratorio; ser relativamente inocuos para el
hombre y animales; y presencia en agua relacionada, cualitativamente y cuantitativamente
con la de otros microorganismos patógenos de aislamiento más difícil. Tres tipos de
bacterias califican a tal fin:
Coliformes fecales: indican contaminación fecal.
Aerobias mesófilas: determinan efectividad del tratamiento de aguas.
Pseudomonas: señalan deterioro en la calidad del agua o una recontaminación.
Desde el punto de vista bacteriológico, para definir la potabilidad del agua, es preciso
investigar bacterias aerobias mesófilas y, coliformes totales y fecales.
La gran sensibilidad de las bacterias aerobias mésófilas a los agentes de los agentes de
cloración, las ubica como indicadoras de la eficacia del tratamiento de potabilización del
agua.
Las bacterias coliformes Las bacterias coliformes habitan el tracto intestinal de mamíferos
y aves, y se caracterizan por su capacidad de fermentar lactosa a 35°C. Los géneros que
componen este grupo son Escherichia, Klebsiella, Enterobacter, Serratia, Citrobacter y
Edwardsiella. Todas pueden existir como saprofitas independientemente, o como
microorganismos intestinales, excepto el género Escherichia cuyo origen es sólo fecal.
Esto ha llevado a distinguir entre coliformes totales (grupo que incluye a todos los
coliformes de cualquier origen) y coliformes fecales (término que designa a los coliformes
de origen exclusivamente intestinal) con capacidad de fermentar lactosa también a
44,5°C. La existencia de una contaminación microbiológica de origen fecal se restringe a
79
la presencia de coliformes fecales, mientras que la presencia de coliformes totales que
desarrollan a 35°C, sólo indica existencia de contaminación, sin asegurar su origen.
Los enterococos fecales cuyo desarrollo ocurre a 35°C se usan como indicadores
complementarios de contaminación fecal
La variabilidad microbiológica de las aguas naturales abarca numerosos organismos e
incluye células eucariotas (algas, protozoarios y hongos), células procariotas (bacterias) y
virus (microorganismos con capacidad de síntesis nula).
5.1.2 MODELACION DE REACTORES.
Un proceso biológico de tratamiento o depuración de aguas residuales es un sistema en
el cual se mantiene un cultivo de microorganismos (biomasa) que se alimenta de las
impurezas del agua residual (sustrato o alimento). Estas impurezas son la materia
orgánica biodegradable, el amonio, el nitrato, el fosfato y otros contaminantes a menor
concentración (Escalantes 2005)
El lugar donde se ponen en contacto la biomasa con el agua residual para llevar a cabo el
tratamiento se denomina reactor biológico, o biorreactor, y puede ser de diferentes tipos.
Hay que remarcar que en la mayoría de los casos la biomasa se genera
espontáneamente en el reactor biológico, a partir de pequeñas concentraciones de
microorganismos presentes en el agua residual o en el aire, y de las reacciones biológicas
que en el diseño y operación de la planta se procura favorecer.
Se ponen en contacto agua residual y biomasa en un reactor biológico, donde una
biomasa heterótrofa se alimenta de la materia orgánica contenida en el agua residual. La
materia orgánica del afluente sufre dos procesos básicos:
Una parte se degrada en último término a dióxido de carbono y agua, mediante el
metabolismo energético (con formación adicional de metano, sulfuro de hidrógeno e
hidrógeno en el proceso anaerobio). Los procesos aerobios requieren oxígeno.
Otra parte se utiliza en la síntesis de celular, para producir más biomasa (crecimiento)
De esta manera, la biomasa limpia el agua residual de la mayor parte de la materia
orgánica, obteniéndose el agua residual tratada (efluente), de una calidad muy superior al
afluente. En los procesos más utilizados, es fundamental aplicar una etapa de separación
sólido-líquido, para separar el agua residual tratada de la biomasa. Normalmente esto se
consigue mediante la separación por gravedad (sedimentación en decantadores
80
secundarios, etapas de sedimentación discontinua o lagunas de maduración), o mediante
la separación por membranas (biorreactores de membrana).
Componentes básicos de un modelo En el modelo matemático más simple, se requieren al menos dos componentes para
describir lo que ocurre en el reactor biológico. Estos componentes son: Sustrato (S) Componente del agua residual que sirve de alimento a la biomasa. En un proceso
heterótrofo, su concentración podría medirse a través de la demanda bioquímica de
oxígeno (DBO5) debida a la materia orgánica del agua residual (DBO5 carbonosa). De
hecho, este modelo considera que sólo la materia orgánica soluble es biodegradable y
puede ser atacada por la biomasa, por lo que S es un componente soluble. El sustrato,
por tanto, no se separa por sedimentación. Otros modelos manejan la demanda química
de oxígeno (DQO).
Biomasa Cultivo de microorganismos heterótrofos que se alimentan de la materia orgánica
biodegradable del agua residual. Su concentración se puede medir mediante la
concentración de sólidos suspendidos volátiles (SSV) en el reactor biológico. La biomasa
está formada por partículas y puede separarse por sedimentación, filtración o flotación.
Éste modelo de composición es extremadamente simple. Sin embargo se ha empleado
tradicionalmente en el diseño de procesos biológicos de tratamiento, típicamente en
modelos de estado estacionario, y aparece con algunas variantes en el manual conjunto
de diseño de la Water Environment Federation y la American Society of Civil Engineers
(WEF-ASCE, 1998) y en otras referencias (Metcalf y Eddy, 1998; Ramalho, 1993). Si el
proceso es aerobio y se quiere modelar el comportamiento del oxígeno, entonces se
requiere este tercer componente.
Tanto el sustrato como la biomasa son realmente más complejos. De hecho, la materia
orgánica del agua residual puede estar en forma disuelta (soluble) o no disuelta
(particulada), y puede ser biodegradable o no, en diferentes grados. Los sólidos orgánicos
se hidrolizan para generar materia orgánica soluble, siendo ésta consumida por los
microorganismos heterótrofos. Además, el nitrógeno amoniacal y el fosfato son sustratos
inorgánicos necesarios para el crecimiento celular, mientras que el nitrógeno orgánico
soluble y particulado se consideran dos sustratos aparte. La alcalinidad, debida
básicamente al sistema del bicarbonato, es otro componente del sustrato, mientras el
oxígeno y el nitrato son dos oxidantes empleados en la respiración celular. En el modelo
81
de lodos activados número 1 de la IWA (ASM1), se manejan 7 sustratos solubles, de los
que 4 son sustratos carbonosos. También se manejan 4 sustratos particulados. Además,
este modelo distingue dos tipos de biomasa: la biomasa heterótrofa y los organismos
nitrificantes quimioautótrofos, a los que se llama “biomasa autótrofa”.
PROCESOS DE BIOMASA FIJA
Procesos aerobios
Filtro percolador
Biodiscos
Reactor aerobio de lecho empacado
Procesos anaerobios
Filtros anaerobios (flujo ascendente o descendente)
Lecho fluidizado (biofilm sobre soporte sólido, pero en forma de lecho fluidizado)
Existen procesos que combinan condiciones aerobias, anaerobias y anóxicas (lagunas
facultativas, reactores biológicos secuenciales, procesos continuos para eliminación de
nutrientes,…).
Complejidad en la modelación La complejidad involucrada en la modelación de los procesos biológicos depende mucho
de las características del proceso. Se deben tener en cuenta las siguientes
consideraciones:
a) Los procesos de biomasa suspendida y buenas condiciones de mezcla pueden
modelarse como reactores homogéneos continuos (mezcla completa, flujo pistón o
intermedios), o como reactores homogéneos discontinuos, por lo que pueden describirse
mediante ecuaciones diferenciales ordinarias (EDO). Estos procesos son típicamente:
lagunas aireadas de mezcla completa, lodos activados y reactores biológicos
secuenciales. En estos sistemas, la descripción geométrica del dominio es muy sencilla,
mientras que las técnicas de resolución son las típicas de las EDO (Euler, Runge-Kutta,
Runge-Kutta-Fehlberg).
b) Los procesos de biomasa suspendida y mezcla incompleta se describen mal con
modelos de mezcla completa, flujo pistón o intermedios, debido a la sedimentación y
digestión de sólidos que se produce en estas unidades. Estos sistemas se han descrito en
algunos casos combinando los balances de materia con las ecuaciones diferenciales del
82
flujo de fluidos, empleando técnicas de mecánica de fluidos computacional. También se
han hecho aproximaciones más simples
combinando la separación de sólidos con reactores aerobios y anaerobios de
mezcla completa.
c) El tipo de reacciones biológicas involucradas en los procesos aerobios y
anaerobios son muy diferentes. Así, pueden distinguirse dos tipos de modelos:
Modelos para procesos básicamente aerobios: involucran procesos aerobios, anóxicos y
de fermentación acidogénica (no incluyen la fermentación metanogénica, que requiere
condiciones estrictamente anaerobias)
Modelos para procesos anaerobios: incluyen hidrólisis, fermentación acidogénica y
fermentación metanogénica (Escalante 2006)
5.1. 3 REACTORES DISCONTINUOS SECUENCIALES (SRB) Tratamiento Biológico El tratamiento biológico, también llamado tratamiento secundario, es un proceso de
oxidación (a excepción de algunos procesos anaerobios como las lagunas de
estabilización), en donde la materia orgánica biodegradable es descompuesta con ayuda
de biomasa en un medio controlado aeróbico, dando como resultado compuestos estables
de composición más sencilla.
Los complejos orgánicos, en especial prótidos y glúcidos normalmente presentes en
aguas residuales, son transformados en dióxido de carbono, agua y compuestos simples
nitrogenados (NH3 y NOX).
Para proyectar correctamente un sistema de lodos activados con las debidas garantías de
buen funcionamiento, es necesario comprender la importancia de los microorganismos
dentro del sistema, estos microorganismos tienen un papel importante en estos sistemas
porque son los encargados de descomponer la materia orgánica en el reactor y parte de
esas bacterias del tipo facultativas o aeróbicas se encargarán de tomar energía y
sintetizar el resto de la materia orgánica y transformarla en nuevas células. En este
proceso solo una porción del residuo original es oxidado a compuestos de bajo contenido
energético, tales como el: NO3 ; SO4 ; CO2 ; el resto es trasformado a tejido celular.
83
Un reactor discontinuo secuencial (SBR), es un sistema de tratamiento de fangos
activados cuyo funcionamiento se basa en la secuencia de ciclos de llenado y vaciado.
Los procesos unitarios que intervienen son idénticos a los de un proceso convencional de
lodos activados. En ambos sistemas intervienen la aireación y la sedimentación-
clarificación. No obstante, existe entre ambos una importante diferencia. En las Plantas
convencionales, los procesos se llevan a cabo simultáneamente en tanques separados,
mientras que en los SBR, los procesos tienen lugar en el mismo tanque. Fig. 5.1
Antecedentes Los reactores de operación discontinua (SBR), también llamados ROD, tienen una historia
de aproximadamente 100 años, desde que Sir Thomas Wardle(1.983), publico sus
experiencias. Arden y Lockett (1.914), publicaron resultados sobre trabajos realizados en
SBR a nivel piloto, los cuales, en esa época, fueron llamados Reactores de llenado y
vaciado. Desde entonces una serie de sistemas discontinuos han sido propuestos y
construidos sin éxito hasta que Irvine (Irvine y David, 1.971) volvió a inventar el ROD.
Desde 1.971 el SBR ha sido investigado ampliamente en varios países y muchas plantas
han sido construidas en Australia, Estados Unidos de Norteamérica y Japón.
Originalmente, los objetivos del SBR sólo eran la eliminación de la materia orgánica, pero
hoy en día su uso se ha extendido y en este sistema se pueden eliminar también
nutrientes como el fósforo y el nitrógeno; éste último por medio del proceso de
Nitrificación-Desnitrificación.
Funcionamiento.
El proceso de los reactores discontinuos es una variación del sistema de lodos activados.
En contraste con el sistema continuo, el agua residual es introducida al reactor en un
tiempo definido previamente. La degradación bioquímica de los contaminantes y la
separación posterior de la biomasa se llevan a cabo en el mismo tanque. Las fases del
proceso son secuenciales y se repiten en forma periódica. Para lograr el almacenamiento
de los fosfatos, la degradación del material orgánico en forma de DBO y la nitrificación, el
contenido del tanque se oxigena a través de aireación.
En caso de que se requiera desnitrificación se lleva a cabo una fase anóxica después de
la fase aeróbica. El orden y la duración de las fases, la cantidad de agua residual
introducida al reactor (relacionada en porcentaje, con el volumen del reactor), y la
cantidad de lodos desechados son factores que deberán ser seleccionados por el
84
Ingeniero de diseño para alcanzar las características deseadas del efluente. El sistema se
puede controlar por medio de timers o relojes programables, PLC y microprocesadores. El
sistema tiene entonces una operación versátil al poderse modificar la programación de la
secuencia de los pasos del proceso.
Descripción del proceso. Tal como se emplean hoy en día, los sistemas SBR, tienen en
común cinco etapas, que suceden en forma secuencial fig. 5.1
1. LLENADO
2. REACCION (AIREACION)
3. SEDIMENTACION (CLARIFICACION)
4. EXTRACCION (VACIADO POR DECANTACION)
5. FASE INACTIVA.
Fig. 5.1 Rector secuencial de flujo discontinuo
Entre los sistemas de depuración biológica los reactores secuenciales de flujo
discontinuo, en ingles sequencing batch reactors (SBR), son cada vez siendo más
utilizados en el tratamiento y depuración de aguas residuales industriales. Un reactor
discontinuo secuencial es un sistema de crecimiento suspendido en el que el agua
residual se mezcla con un lodo biológico existente en un medio aereado. Es el único
proceso biológico en el que se combina en un mismo tanque el proceso de reacción,
aeración y clarificación. El sistema SBR consta de, al menos, cuatro procesos cíclicos:
85
llenado, reacción, decantación y vaciado, tanto de efluente como de lodos, tal y como
muestra la Figura 5.1. En la primera fase, llamada llenado estático, se introduce el agua
residual al sistema bajo condiciones estáticas. El llenado puede ser dinámico si se
produce durante el período de reacción. Durante la segunda fase del ciclo, el agua
residual es mezclada mecánicamente para eliminar las posibles espumas superficiales y
preparar a los microorganismos para recibir oxígeno. En esta segundo etapa (reacción) se
inyecta aire al sistema. La etapa de reacción es un proceso cuyos resultados varían con
su duración, y en la que el agua residual es continuamente mezclada y aereada,
permitiendo que se produzca el proceso de degradación biológica. El tercer ciclo, llamado
etapa de decantación, genera condiciones de reposo en todo el tanque para que los lodos
puedan decantar. Durante la última fase, o fase de vaciado, el agua tratada es retirada del
tanque mediante un sistema de eliminación de sobrenadante superficial. Finalmente, se
puede purgar el lodo generado para mantener constante la concentración de éste
Los tiempos de retención y las cargas varían con cada reactor y dependen en gran
medida de la carga de agua residual específica. Generalmente, un sistema SBR trabaja
con un tiempo de retención hidráulico de 1 a 10 d y un tiempo de retención celular de 10 a
15 d. La concentración de sólidos en suspensión del licor mezcla (SSLM) se suele
mantener entre 1.500 y 5.000 mg/L. El control general del proceso puede ser llevado a
cabo automáticamente utilizando sensores o temporizadores.
Por su configuración y características los SBR presenta las siguientes ventajas y
beneficios:
Bajo requerimiento de espacio, debido a que se requiere un solo tanque para realizar todo
el proceso.
Menor coste que los sistemas convencionales de tratamiento biológico, como
consecuencia de la menor necesidad de terreno y de la simplicidad de los equipos.
Mejor control del crecimiento de organismos filamentosos y de problemas de decantación.
Permite eliminación de nutrientes. Los sistemas SBR pueden ser utilizados para realizar
un proceso completo de nitrificación–desnitrificación, así como para la eliminación de
fósforo. Estos dos parámetros son los que suelen dar más problemas cuando se trabaja
con tecnologías convencionales.
Menor tiempo de control requerido.
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Gran flexibilidad de funcionamiento en función de la duración de los ciclos y del modo de
operar.
Fácil reconocimiento y corrección de los problemas de decantación.
Versatilidad para trabajar con fluctuaciones de caudal y de concentración de materia
orgánica.
Capacidad para la adaptación de los microorganismos a efluentes con elevado contenido
en sales.
Debido a esas ventajas las aplicaciones industriales de los reactores discontinuos
secuenciales en la depuración de aguas residuales son muy variadas, siendo
particularmente interesante en el tratamiento de corrientes de bajo caudal. Así, se han
descrito aplicaciones con éxito para aguas residuales municipales, industria vinícola y
destilerías, aguas procedentes de lixiviados de vertederos, industrias de curtidos, aguas
residuales hipersalinas, industria papelera, industria láctea, aguas residuales de matadero
e industria ganadera porcina, entre otras. Las aplicaciones más novedosas son las
relacionadas con aguas residuales de la industria textil, de la industria azucarera y de la
industria química (conteniendo compuestos fenólicos , BTX, TNT, etc.), habiéndose
mostrado el potencial de los SBR en el tratamiento de aguas residuales industriales
Los sistemas de tipo SBR funcionan generalmente bajo cinco fases bien definidas: el
llenado, reacción, sedimentación, vaciado, y tiempo muerto. En el modo de operación
estándar, la duración de estas fases es determinada típicamente por un operador basado
en su experiencia y en exhaustivas pruebas en el laboratorio con una planta experimental.
En este modo de operación, la fase de reacción es suficientemente larga para permitir que
las sustancias tóxicas sean degradadas. La duración de las fases de sedimentación y
vaciado se fijan de acuerdo a las características del lodo activado y el reactor. Así, esta
estrategia operacional se podría considerarcomo estrategia de tiempo fijo (FTC).
A pesar de las ventajas inherentes de los procesos discontinuos en lo referente a la
biodegradación de sustancias tóxicas, un SBR que funciona bajo la estrategia de control
FTC, tiene varios problemas cuando se emplea en la degradación de aguas residuales
tóxicas: inhibición de los microorganismos, problemas con choques debido a un aumento
repentino en la concentración del compuesto tóxico (picos de concentración),
desaclimatación y problemas por ayuno de los microorganismos y bajas eficiencias en la
remoción de compuestos tóxicos (Buitrón y Moreno 2004; Buitrón et al., 2003).
87
Para superar los problemas discutidos sobre este modo de operación se han reportado el
uso de la concentración de oxígeno disuelto (OD) o la tasa de variación del bióxido de
carbono (Sheppard y Cooper, 1990; Buitrón et al., 1993; Nguyen et al., 2000). Moreno y
Buitrón (1998) presentaron una metodología y simulaciones matemáticas para el control
de tiempo óptimo de un SBR de lodos activados para la degradación de aguas residuales
con compuestos tóxicos. La estrategia óptima para controlar el flujo de entrada fue
obtenida usando las técnicas de la teoría de control óptimo, en las cuales el tiempo de
reacción es tan pequeño como sea posible. El tiempo de la degradación es controlado con
la concentración del sustrato estimada por medio de la concentración de oxígeno disuelto
por medio del uso de un observador (filtro extendido de Kalman). Vargas et al. (2000)
presentaron la calibración del observador y la validación experimental de la estrategia de
tiempo óptimo basada en observadores. La desventaja de esta estrategia es que se
necesita saber exactamente la concentración del sustrato en el flujo de entrada y las
constantes del modelo de Haldane. Esto podría hacer que la estrategia sea difícil de
aplicar en la práctica. Betancur et al., (2004) describieron el desarrollo matemático de una
nueva estrategia de control de tiempo óptimo por eventos dirigidos (Event-Driven Time
Optimal Control, ED-TOC) la cual emplea la medición del OD para realizar el control de la
degradación de compuestos inhibitorios por medio de un proceso discontinuo.
Este trabajo presenta los resultados del uso de la estrategia ED-TOC para biodegradar,
en un reactor discontinuo, aguas residuales sintéticas constituidas con 4-clorofenol (4CF)
como compuesto inhibitorio modelo
5.1.4 BIOFILTROS
La biofiltración es sin duda alguna la tecnología de tratamiento biológico de gas más
utilizada. Está caracterizada por el uso de un soporte orgánico (aserrín, turba, composta,
etc.) que provee los nutrientes necesarios para el crecimiento de los microorganismos,
transformando el soporte orgánico en un filtro biológicamente activo. Al pasar el aire
contaminado a través del lecho, los microorganismos presentes en la superficie del
soporte degradan los contaminantes.
Al principio, la biofiltración fue utilizada principalmente para la eliminación de los olores, y
los primeros biofiltros aparecieron en las plantas de tratamiento de aguas residuales, en
mataderos, en unidades de composteo y en la industria alimenticia. De manera
88
progresiva, los biofiltros han sido utilizados para el tratamiento de una gama cada vez
más amplia de contaminantes.
Actualmente la lista de compuestos tratados con éxito por biofiltros incluyen casi 200
compuestos diferentes, tanto minerales como orgánicos, alifáticos como aromáticos,
halogenados o no.
Funciones generales de la biofiltracion
Fase sólida. Es un material granular que ejerce la función de refuerzo de la proliferación
de la proliferación bacteriana
Fase líquida, Las aguas que se han de depurar
Fase Gaseosa. La influtación del aire en la masa
El tratamiento de aguas residuales para aquellas unidades productivas de pequeña y
mediana envergadura es incosteable si se piensa en sistemas tradicionales. Sin embargo,
una buena alternativa de bajo costo para este tipo de sistemas es una tecnología que se
ha venido desarrollando desde hace aproximadamente 10 años. Se trata de la biofiltración
sobre medio orgánico (turba). Este es un proceso de tratamiento biológico y físico a la
vez, en el cual, de forma general, el influente escurre a través de una cama de material
poroso orgánico (turba, paja, pasto, madera, de forma lenta (menos de 1 m3/m2/d). Lo
cual permite la colonización de la cama por microorganismos adaptados a los
contaminantes presentes en el agua residual, así como la retención física de los mismos.
Los microorganismos forman una biopelícula que se transforma en el principal
instrumento de depuración. Pero el proceso de adsorción, que esta relacionado
directamente con el tipo de material de soporte, puede ser muy importante en la
separación de ciertos iones y moléculas del agua residual
Sistemas con biomasa fija Puhakka y Järvinen (1992) observaron que una manera de mejorar la actividad global de
un reactor es a través del uso de biopelículas. En los procesos con película fija las capas
interiores de microorganismos están protegidas de las altas concentraciones de tóxicos y
que resultan inhibitorias y, por lo tanto, soportan mejor los choques de concentración que
los sistemas con biomasa en suspensión (Gantzer, 1989).
De esta manera, es de interés el acoplar las ventajas que presentan los procesos
discontinuos a las ofrecidas por los procesos utilizando biopelícula. En este trabajo se
89
presenta el estudio de un reactor discontinuo secuencial piloto empacado con un material
natural de bajo costo para la biodegradación aerobia de una mezcla de compuestos
fenólicos fueron empacados con diferentes materiales: granos de polietileno de alta y de
baja densidad, granos de polipropileno, cubos de poliuretano, cinta de polietileno, esferas
de cerámica y granos de tezontle. La porosidad de los lechos y la densidad de los
materiales era diferente en cada reactor. La carga orgánica se varió en cuatro niveles
dentro del intervalo 0.4-6.0gDQO.m-2.d-1. Los parámetros de respuesta fueron DQO,
SST, NTK, N-NH3; DBO5 y GyA. Se caracterizaba la biomasa en cada fase experimenta
5.1.5 REACTORES CON BIOMENBRANAS PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Hay tratamientos biológicos de aguas residuales que emplean membranas como soporte
de biopelícula.
Se considera que el conjunto membrana y biopelícula forman una membrana de dos
capas: una inerte (membrana) y otra activa (biopelícula). Al conjunto membrana-
biopelícula se denomina biomembrana, y a los reactores de este tipo se los conoce como
reactores biomembrana (Osa et al. 1997). En algunos de estos reactores la membrana
cumple otra función además de la de soporte. En el caso que aquí se describe, la
membrana funciona como sistema de aireación ya que pone en contacto a la biopelícula
con el aire atmosférico. Por lo tanto, la membrana tiene que ser hidrófoba y permeable a
gases. Así, un nuevo tipo de reactor aparece: reactor biomembrana de soporte permeable
a gases. Varios diseños de este tipo de reactores hay disponibles en la bibliografía (Onishi
y Numazawa, 1982; Timberlake et al., 1988; Abdel- Warith et al., 1990; Eguía, 1991;
Vidart, 1992; Osa et al., 1997; Jácome, 1999).
La biopelícula es oxigenada o aireada a través de la membrana a la que está adherida,
mientras que el aporte de sustrato procede del seno líquido. De esta particularidad se
derivan importantes ventajas:
• En una misma biopelícula encontramos una capa aerobia (próxima al soporte) y otra
anóxica, lo cual permitiría realizar simultáneamente oxidación de materia orgánica y
nitrificación - desnitrificación. En fangos activos y lechos fluidizados, el agua es sometida
de modo alterno, mediante recirculación, a tratamiento aerobio y anóxico para que puedan
producirse las reacciones necesarias.
90
• En biodiscos y lechos bacterianos también podemos encontrar dos capas en la
biopelícula: aerobia y anóxica. Sin embargo, la ubicación de la capa anóxica cerca del
soporte suele provocar fermentación y desprendimiento masivo de biopelícula. En los
sistemas de membrana permeable a gases, el suministro de aire por la capa más interna
de la biopelícula evita este problema, el desprendimiento masivo no ocurre, así la
biopelícula puede alcanzar edades que permiten el desarrollo de los microorganismos
necesarios para las reacciones antes citadas.
• Por otro lado, en la depuración de aguas residuales con reactores biomembrana se
puede reducir considerablemente la producción de lodos (Eguía, 1991).
El tratamiento de residuales mediante el empleo de biorreactores de membrana (BRM), es
un proceso relativamente joven en el campo del tratamiento de los residuales urbanos e
industriales. Su utilización a escala industrial comenzó a explotarse a finales de la década
de los 80 en las industrias productoras de automóviles para el tratamiento de sus aguas
negras. La instalación de nuevas plantas ha ido incrementándose progresivamente y
diversificándose sus áreas de utilización, encontrándose la casi totalidad de las
instalaciones en países desarrollados.
Los biorreactores de membrana están compuestos por dos partes principales que son:
1) Reactor biológico: responsable de la degradación de los compuestos presentes en el
agua residual.
2) Módulo de membranas: encargado de llevar a cabo la separación física del licor
mezcla.
De manera general existen dos configuraciones principales las cuales se muestran a
continuación:
91
Su principal ventaja radica en que permite una mayor intensidad en el tratamiento de
aguas residuales y brinda una mayor calidad del efluente obtenido luego del tratamiento.
Este proceso no convencional se asemeja al proceso convencional de lodos activados
pero presenta más ventajas.
La tecnología BRM es especialmente competitiva cuando aparece alguna de las
siguientes condicionantes (Visvanathan, 2000):
- Necesidad de disminuir la producción de lodos biológicos (hasta un 80%)
- Necesidad de un grado de depuración elevado: vertido a cauce público, zonas sensibles
o pago de un impuesto de vertido elevado
Reutilización: La reutilización puede venir impuesta por la escasez de agua de la zona o
puede suponer un valor añadido importante a considerar. Las variables aquí van a ser el
precio del metro cúbico de agua fresca o las subvenciones por reutilización
- Poco espacio disponible
- Ampliación de la capacidad de tratamiento de plantas convencionales ya existentes
- Efluentes industriales con componentes de difícil o lenta biodegradabilidad (Juáregi
2008)
- Calidad de agua tratada: Reutilización.
- Mínima producción de fangos: Producciones similares a sistemas anaerobios.
- Estabilidad: Calidad del permeado estable con independencia de picos de carga.
- Modularidad: Sistemas fácilmente ampliables sin necesidad de reformas ni ampliación
de reactor biológico.
- Desinfección: Efluente desinfectado tras atravesar una membrana de ultrafiltración.
- Compacidad: Mínimo requerimiento de espacio.
92
- Mantenimiento: Sistemas muy automatizados, mantenimiento mínimo.
- Eliminación de bulking y espumas de origen filamentoso.
Dentro del MBR se obtiene un elevado coeficiente de transferencia de oxígeno y una alta
fracción de biomasa activa que posibilita trabajar con elevados tiempos de retención de
los sólidos con una mínima producción de lodos sin que disminuya la eficiencia del
proceso, lo que garantiza aguas tratadas con las siguientes características: DQO <125
mg/L, DBO5< 15 mg/L, SS <5 mg/L.
Debido a la barrera física que representa la incorporación de membranas en el
tratamiento, se obtienen aguas tratadas de una calidad no obtenida por los procesos
convencionales. Una de las características más notables lo constituye la disminución del
contenido de bacterias y virus de así como de metales pesados en las aguas tratadas. Lo
cual tiene un impacto considerable en la salud humana y en la disminución de factores
generadores de epidemias y enfermedades vinculadas a toxicidad de los metales
pesados.
5.1.6 PROCESOS BIOLOGICOS ACOPLADOS CON CARBON ACTIVADO Este tratamiento permite eliminar una amplia variedad de compuestos tóxicos de
corrientes líquidas mediante su adsorción sobre la superficie de carbón activo.
La adsorción por carbón activo se realiza en una columna rellena de este material, que en
el caso de los lixiviados de vertedero puede proporcionar porcentajes de eliminación de
DQO de hasta el 80% debido a su capacidad de adsorción.
Dado que el proceso de adsorción se realiza secuencialmente de la siguiente manera:
- Transporte del contaminante hasta la superficie externa de las partículas del carbón
activo granular.
- Difusión de la sustancia hasta el interior de los poros.
- Adsorción del contaminante mediante la formación de enlaces físicos o químicos entre el
compuesto y la superficie de los poros del carbón activo granular, el inconveniente
principal de este tipo de tratamiento es que este material adsorbente se agota
rápidamente por exceso de sólidos en suspensión, por altos valores de materia orgánica y
por la presencia de ácidos flúvicos y húmicos en el lixiviado.
Se ha estudiado la utilidad del carbón activado para mejorar e incrementar la capacidad
de consorcios de microorganismos en la degradación de compuestos tóxicos persistentes,
93
esto mediante la combinación de procesos fisicoquímicos y biológicos (Jaar y Wilderer,
1992). Uno de los principales problemas que se presentan es la falta de dominio del
inóculo utilizado, por lo cual la metodología y políticas de operación de un sistema
propuesto constituyen uno de los factores más importantes para la obtención de un
proceso de resultados satisfactorios.
La aplicación del carbón activado como alternativa para lograr la remoción de compuestos
encontrados en efluentes industriales, que no son fácilmente biodegradables, puede ser
hasta cierto punto limitada si se le utiliza como único medio de remoción de dichos
compuestos. La capacidad de adsorción de los sistemas que utilizan solamente carbón
activado es limitada. El material se satura con relativa rapidez ante lo cual es necesario
renovarlo constantemente o someterlo a un proceso de regeneración térmica, lo que
implicaría un incremento en los costos de tratamiento del agua residual en cuestión. Es
precisamente aquí donde la combinación del carbón activado granular combinado con la
presencia de un consorcio de microorganismos resulta ser de enorme utilidad y altamente
efectiva debido a que se presenta el fenómeno de bio-regeneración.
La bio-regeneración es el proceso mediante el cual los compuestos orgánicos adsorbidos
se vuelven disponibles para su biodegradación. Lo anterior se lleva a cabo mediante la
desorción de los compuestos inicialmente adsorbidos, renovándose así la superficie del
carbón activado y manteniendo en niveles útiles su capacidad de adsorción
El uso del carbón activado como catalizador propiamente dicho es muy reciente. La
mayoría de los estudios reportados se concentran en la oxidación del fenol y fenoles
sustituidos, demostrándose que el origen y preparación del carbón determina su actividad
(Fortuny, 1998; Polaert, 2002). Se considera que los grupos en la superficie del carbón y
su capacidad para generar radicales oxigenados son los que juegan el papel determinante
en el mecanismo de reacción. Es muy importante en estos estudios considerar la
adsorción del compuesto orgánico bajo estudio y del oxígeno que puede interferir en el
mecanismo de reacción y en la actividad resultante.
5.1.7 PROCESOS ACOPLADOS ANAEROBIOS-AERBIOS.
Los procesos biológicos son una alternativa de menor costo para tratar eficientemente
estos efluentes. Los procesos convencionales anaerobios y aerobios pueden combinarse
acoplando ambientes anaerobios /aerobios secuenciales para remover compuestos
94
químicos orgánicos tóxicos del agua residual ya que en muchos casos es la única forma
de eliminar estos compuestos y de esta forma, dar cumplimiento a la normatividad
ambiental cada vez más estricta tendiente a la reducción de la contaminación del agua,
principalmente en
En un proceso anaerobio/aerobio integrado en un solo biofiltro operado en forma
discontinua secuencial para el tratamiento de aguas residuales. Éste que presenta
ventajas respecto a los tratamientos convencionales debido al uso de un solo reactor
alternando fases de no aireación y aireación para promover ambientes anaerobios y
aerobios, lo que ofrece la reducción de espacio, costos y además un intercambio
permanente de metabolitos entre los microorganismos aerobios y anaerobios, que
favorece el establecimiento de cadenas tróficas.
El proceso básico de tratamiento aeróbico es el proporcionar un medio de alto contenido
de oxígeno para que los organismos puedan degradar la porción orgánica de los
desechos a dióxido de carbono y agua en presencia del oxígeno. Con el desarrollo
continuo del terreno en aumento, tanto en zonas rurales como suburbanas, el uso de
sistemas centralizados de tratamiento no siempre ha estado disponible o no ha sido
factible desde el punto de vista económico. Muchos dueños de viviendas todavía
dependen del uso de tanques sépticos u otros sistemas para tratamiento en el punto de
origen de los residuos domésticos.
Históricamente el tratamiento aeróbico no ha sido posible a pequeña escala, haciendo
que los tanques sépticos sean el mecanismo primario de tratamiento; sin embargo,
avances tecnológicos recientes han llevado a que sistemas individuales de tratamiento
aeróbico puedan ser eficientes y económicos. Los sistemas aeróbicos son similares a los
sistemas sépticos en cuanto a que los dos usan procesos naturales para el tratamiento
del agua residual. Pero a diferencia del tratamiento séptico (anaeróbicolos procesos
aeróbicos de tratamiento requieren oxígeno. Las unidades de tratamiento aeróbico, por
esto, usan un mecanismo de inyección y circulación de aire dentro del tanque de
tratamiento. Dado que los sistemas aeróbicos usan procesos de tasas más rápidas, estos
pueden lograr una mejor calidad del efluente.
El efluente puede ser descargado en forma subsuperficial como en los “campos de
infiltración” de los tanques sépticos o, en algunos casos, descargados directamente a la
superficie.
95
Ventajas
• Pueden proporcionar un mejor nivel de tratamiento que los sistemas sépticos.
• Ayudan a proteger valiosos recursos de agua en zonas en donde existen sistemas
sépticos en mal estado de funcionamiento.
• Son una alternativa para sitios en donde los sistemas sépticos no son adecuados.
• Pueden extender la vida útil del campo de drenaje.
• Pueden permitir la reducción en el tamaño del campo de drenaje.
• Reducen la descarga de amoniaco a las aguas receptoras.
Desventajas • Son más costosos de operar que los sistemas sépticos.
• Requieren electricidad.
• Incluyen partes mecánicas que se pueden descomponer.
• Requieren un mayor mantenimiento rutinario que los tanques sépticos.
• Están sujetos a trastornos de operación cuando se producen sobrecargas repentinas, o
no se hace un mantenimiento adecuado.
• Pueden liberar más nitratos al agua subterránea que los tanques sépticos.
La tecnología anaeróbica para el tratamiento de aguas residuales ha avanzado
considerablemente en los últimos 20 años y se ha constituido como una opción
técnicamente madura para el manejo de efluentes industriales. Los reactores anaeróbicos
avanzados o de segunda generación fueron desarrollados al inicio de los setentas, pero
su aceptación generalizada se dio diez años más tarde.
El brinco tecnológico que superó las aplicaciones tradicionales (fosa séptica, tanque
Imhoff, laguna anaeróbica) fue el concepto de biomasa fija o biopelícula, ya sea sobre
soportes inertes o mediante la formación de aglomerados densos (granos) que se
retienen por sedimentación.
Con esto se logró desligar el tiempo de residencia celular del hidráulico, lo que permitió
diseñar reactores con mucho menor volumen, incrementando además la estabilidad de la
operación.
Entre las tecnologías anaeróbicas actualmente disponibles en el mercado, sin duda las
basadas en el concepto de lecho de lodos granulares, desarrollado por Lettinga en
Holanda en los años setentas son las más aplicadas. El concepto UASB (upflow
anaeróbic sludge blanket) tiene ventajas sobre otras tecnologías anaeróbicas ya que no
requiere medio de soporte (como el filtro anaeróbico) y puede recibir altas cargas
96
orgánicas (a diferencia del reactor de contacto anaeróbico); es así que este concepto es
el más difundido en Europa y América (Noloya 1999)
97
ACTIVIDADES DE LA UNIDAD V
1.- Buscar el artículo Modelación matemática de procesos biológicos de tratamiento Dr. Antoni Escalas Cañellas, y realizar un mapa conceptual sobre el tema.
2.- Buscar el artículo. Tratamiento anaerobio de aguas residuales
Ing. Jenny Alexandra Rodríguez y realizar una mapa conceptual son el tema
3.- Explicar las ventas y desventajas de utilizar un tratamiento acoplado anaerobio-aerobio
4.- Cuál es la ventaja de utilizar el carbón activado.
5.- Menciona porque es importante los microorganismos como indicadores de
contaminación en el agua.
98
BLIOGRAFIA
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2000.
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