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TECNOLOGÍAS AMBIENTALES Una visión global
Mblgo. Luis Felipe Valdez Núñez
OBJETIVOS
• Resaltar la importancia en el cuidado del medio ambiente así como los factores que lo afectan.
• Describir la situación actual de la minería en el Perú así como sus impactos más representativos.
• Detallar las tecnologías ambientales para remediación (convencionales y tratamientos biológicos).
• Resaltar la intervención de los microorganismos en los procesos de remediación biológica.
• Detallar líneas convergentes de investigación en temas de biorremediación y Fitorremediación.
MEDIO AMBIENTE
EL MEDIO AMBIENTE Y SU IMPORTANCIA
“Toda persona tiene el derecho irrenunciable a vivir en un ambiente saludable, equilibrado y adecuado para el pleno desarrollo de la vida, y el deber de contribuir a una efectiva gestión ambiental y de proteger el ambiente, así como sus componentes, asegurando particularmente la salud de las personas en forma individual y colectiva, la conservación de la diversidad biológica, el aprovechamiento sostenible de los recursos naturales y el desarrollo sostenible del país”
Art. 1 Ley General del Ambiente - MINAM
AMBIENTE SALUDABLE GESTIÓN AMBIENTAL
DIVERSIDAD BIOLÓGICA DESARROLLO SOSTENIBLE
FACTORES QUE AFECTAN EL AMBIENTE • ASPECTO AMBIENTAL: Elemento
de las actividades, productos o servicios de una organización que puede interactuar con el ambiente.
• IMPACTO AMBIENTAL: Cualquier cambio en el ambiente, adverso o beneficioso, que es resultado total o parcial de las actividades, productos o servicios de una organización.
LA MINERÍA EN EL PERÚ
PROYECTOS MINEROS
PRODUCCIÓN METÁLICA
PROCESOS
IMPACTOS AMBIENTALES-ATMÓSFERA
PARTÍCULAS
GASES
AEROSOLES
IMPACTOS AMBIENTALES-SUELOS
SUBSIDENCIA
DESERTIZACIÓN, CAMBIOS
GEOGRÁFICOS
PÉRDIDA DE PROPIEDADES FÍSICAS, QUÍMICAS Y
BIOLÓGICAS
IMPACTOS AMBIENTALES-AGUAS • Variación en cuerpos de agua (alteración en la dinámica fluvial, pérdidas de
masa de agua, alteración en el régimen hidrogeológico, contaminación por metales pesados (AMD), calidad físico-química, open pit lake).
METALES PESADOS
PASIVOS AMBIENTALES
TECNOLOGÍAS AMBIENTALES PARA REMEDIACIÓN
TÉCNICAS CONVENCIONALES
TRATAMIENTOS BIOLÓGICOS
• Estimulan el crecimiento de organismos en suelos contaminados, con el fin de degradarlos o extraerlos mediante la realización de sus actividades metabólicas.
• Se basan en la adaptación de los organismos al medio y en proporcionar condiciones adecuadas para su desarrollo (nutrientes, humedad, pH, temperatura, etc.)
• Se aplican a multitud de contaminantes orgánicos y a algunos contaminantes inorgánicos .
• En ocasiones las técnicas biológicas se acompañan de otras técnicas físicas y químicas para completar el proceso de limpieza
TRATAMIENTOS BIOLÓGICOS: BIORREMEDIACIÓN
BIORREMEDIACIÓN - DEFINICIÓN
La práctica gestionada o espontánea en la que se utilizan los procedimientos microbiológicos para degradar o transformar los contaminantes a formas menos tóxicas o no tóxicas, remediando o eliminando con ello la contaminación ambiental” (US-EPA actual definición)
Rol catalítico primario de microorganismos en la biodegradación de contaminantes peligrosos donde se pretende conseguir una biotransformación y/o mineralización .(Seshadri & Heidelberg 2005)
BIOTECNOLOGÍA AMBIENTAL
BIOTECNOLOGÍA AMBIENTAL
BIORREMEDIACIÓN
CRECIMIENTO Y REPRODUCCIÓN
BIORREMEDIACIÓN-COMPONENTES
MICROORGANISMOS
CONTAMINANTE MEDIO AMBIENTE
•Capacidad metabólica. •Poblaciones autóctonas •Mejoras genéticas.
•Toxicicidad. •Concentración •Disponibilidad •Solubilidad. •Absorción.
•Temperatura. •Contenido de Humedad. •pH. •Aceptores de electrones.
•Nutrientes.
BIORREMEDIACIÓN
MICROORGANISMOS
BIORREMEDIACIÓN PROCESOS
COMPLETA
INCOMPLETA
BIODEGRADACIÓN Aire, Suelo, Agua
MINERALIZACIÓN
BIOTRANSFORMACIÓN
MICROORGANISMOS
Microorganisms Type Shape Example Abilities
BACTERIA Cocci spherical shape
Streptococcus hydrocarbon-degrading bacteria heavy oil degrade dairy industry waste (whey)
bacilli Rods spiral forms
Bacillius subtilis Vibrio cholera Spirillum volutans
degrade crude oil bioremediation of chlorpyrifoscontaminated Soil heavy metals
filamentous (gram-negative rods that become flagellated)
Sphaeratilus Leptothrix Crenothrix
reduce iron to ferric hydroxide (Sphaeratilus natans, Crenothrix) reduce manganese to manganese oxide (Leptothrix) found in polluted streams and wastewater treatment plants
Flagellated
Caulobacter Gallionella
aerobic, aquatic environments with low organic content G. ferruginea, present in iron rich waters and oxidizes Fe2+ to Fe3+. can be formed in water distribution systems
Microorganisms Type Shape Example Abilities
BACTERIA budding bacteria
filaments Hyphomicrobium soil and aquatic environments requires one-carbon compounds to grow (e.g. methanol)
filamentous (gramnegative)
Rhodomicrobium Beggiatoa Thiothrix
Phototrophic oxidize H2S to S0
actinomycetes
filamentous (gram-positive) mycelial growth
Micromonospora Streptomyces Nocordia (Gordonia)
found in water, wastewater treatment plants, soils (neutral and alkaline) degrade polysaccharides (starch, cellulose), hydrocarbons, lignin
Eukaryotes FUNGY long filaments (hiphae) which form a mass called mycellium
Phycomycetes (water molds) Basidiomycetes (mushrooms - Agaricus, Amanita (poisonous))
occur on the surface of plants and animals in aquatic environments some are terrestrial wood-rotting fungi play a significant role in the decomposition of cellulose and lignin
BIOVENTING • Inyección (o extracción) forzada de aire para incrementar la concentración de
oxígeno y estimular la biodegradación.
• Técnica a medio-largo plazo
CONTAMINANTES DEGRADADOS
• prometedora para estabilizar o
eliminar contaminantes inorgánicos
INCONVENIENTES
• posible emisión de vapores
• no útil para eliminar compuestos
clorados
BIOAUMENTACIÓN • Introducción en el suelo de organismos seleccionados, adaptados o
genéticamente modificados, para degradar contaminantes específicos
CONTAMINANTES DEGRADADOS:
PCB, lindano, DDT, 2,2-diclorofenol
LIMITACIONES Y RIESGOS:
• Riesgos de contaminación de agua
• Elevadas concentraciones de contaminantes
• No efectiva para contaminantes inorgánicos
TOLERANCIA A METALES PESADOS
Bradyrhizobium yuanmingense y B. liaoningense : Evaluación del efecto producido por las concentraciones de metales pesados (conteo en
placa 60, 40, 20, 10, 0 µg/L)
LANDFARMING
• Disposición del suelo contaminado en capas lineales y remoción periódica para favorecer la aireación, también se mejoran las condiciones para estimular la biodegradación.
APLICACIONES:
• Hidrocarburos (no VOCs)
NECESARIO:
• Controlar la emisión de
gases (CO2, VOCs)
• Controlar la recogida de
lixiviados y escorrentías
COMPOSTING
• Mezcla de suelo contaminado con materiales porosos y enmiendas orgánicas (serrín, paja, estiércol, restos vegetales) con el fin de promover la biodegradación
NECESARIO:
• Mantener condiciones de
oxidación , humedad y temperatura
adecuadas
• Controlar la emisión de gases
(CO2, VOCs)
• Un espacio grande para ser aplicado
TRATAMIENTOS BIOLÓGICOS: FITORREMEDIACIÓN
FITORREMEDIACIÓN • Se basa en el uso de plantas
naturales (habilidad inherente) o genéticamente modificadas para detoxificar algunos xenobióticos en el suelo por captación directa de los contaminantes, seguido por subsecuentes transformaciones usando enzimas (similar a enzimas de detoxificación en mamíferos), transporte y acumulación de productos.
MICROORGANISMOS
GENERACIÓN DE AMD
Acidithiobacillus ferrooxidans Acidithiobacillus thiooxidans Leptospirillum ferrooxidans
Thiobacillus thioparus.
OXIDACIÓN DE LA PIRITA EN PRESENCIA DE O2 Y H2O
OXIDACIÓN DE Fe2 a Fe 3
PRECIPITACIÓN DEL Fe3 COMO HIDRÓXIDO MEDIANTE HIDRÓLISIS (pH >3)
Fe3 REMANENTE SIGUE OXIDANDO LA PIRITA
OXIDACIÓN DE OTROS SULFUROS (CALCOPIRITA, GALENO, ESFALERITA, ETC)
INTERVENCIÓN DE BACTERIAS SULFO-OXIDANTES (PH <3)
Pirita (FeS2), Calcopirita (CuFeS2), Pirrotita (FeS), Arsenopirita (AsFeS), Galena (PbS), Esfalerita (ZnS), Pentlantita (FeNiS), Cobaltita (CoS)
WETLAND AERÓBIO
• Fenómenos y procesos de los humedales
naturales (pantanos, marismas, turberas, etc.)
• Desarrollo de ciertas plantas (Tipha,
Equisetum, carrizo, juncos,etc.)
PARA AGUAS INDUSTRIALES RESIDUALES
PARA DRENAJE ÁCIDO DE MINA:
WETLAND ANAERÓBIO (SAPS)
• SAPS: Sistema sucesivo de producción de alcalinidad.
• Ideado para disminuir el emplazamiento que ocupa los wetlands aeróbios.
• Ideal para tratamiento de AMD.
• Aquí se produce una ambiente anaeróbio y participan bacterias sulforeductoras (Desulfovibrio y Desulfomaculum).
DESVENTAJAS:
• Necesita tiempo de retención.
METODOLOGÍA
CARACTERIZACIÓN DEL AMD Y
ELECCIÓN DEL SISTEMA
CONSTRUCCIÓN DEL SAPS MODIFICADO
INICIO DE LOS TRATAMIENTOS
TOMA Y ANÁLISIS DE MUESTRAS
CÁCULO DEL PORCENTAJE DE MEJORA
(PMT)
OTROS TRATAMIENTOS NO CONVENCIONALES
BIOREACTORES SULFIDOGÉNICOS
• Producción biogénica de H2S
• SRB: Desulfosporosinusacidiphilus ,
Desulfosporosi-nus acidodurans,
Desulfosporosinus lacus,
Desulfosporosinus burensis,
• Sustrato:
Glicerol, hidrógeno, Azúcares,
Alcoholes.
BAJO CONDICIONES ANAERÓBIAS, SRB REDUCEN SULFATO A SULFURO DE HIDRÓGENO , USANDO COMPUESTOS ORGÁNICOS O HIDRÓGENO COMO DONADOR DE ELECTRONES
SULFURO DE HIDRÓGENO PRECIPITA METALES COMO SULFUROS
LA OXIDACIÓN DEL DONADOR DE ELECTRONES PRODUCE ALCALINIDAD QUE NEUTRALIZA LA ACIDEZ DEL AGUA.
TECNOSOLES
• Lodos de depuradoras
• Cenizas volantes.
• Residuos de fábricas de papel,
• Compost de residuos verdes
“SUELOS ARITFICIALES”: Método de reutilización de residuos viable económicamente, además de una forma de devolución de los elementos que contienen a los ciclos biogeoquímicos.
VENTAJAS DESVENTAJAS
Biorremediación proceso natural La biorremediación se limita a aquellos compuestos que son biodegradables
cuando se degrada el contaminante, la población biodegradativa declina
incluyen la presencia de poblaciones microbianas capaces metabólicamente, condiciones ambientales adecuadas de crecimiento
Residuos post tratamiento suelen ser inofensivos, incluyen dióxido de carbono, agua y biomasa celular
La investigación es necesaria para desarrollar y tecnologías que sean apropiados para la biorremediación
Muchos compuestos que son legalmente consideradas peligrosas pueden transformarse en productos inocuos
No todos los compuestos son susceptibles a la degradación rápida y completa
Puede llevarse a cabo en el sitio, a menudo sin causar una interrupción grave de las actividades normales
Es difícil extrapolar de banco y escala piloto estudios a las operaciones de campo a gran escala
La biorremediación puede resultar menos caro que otras tecnologías que se utilizan para la limpieza de residuos peligrosos
Biorremediación a menudo lleva más tiempo que otras opciones de tratamiento
LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN FUTURAS
• Caracterización de comunidades microbianas y su importancia en los procesos de atenuación natural del Drenaje Ácido de Mina (AMD).
• Screening de plantas hiperacumuladoras en suelos contaminados con metales pesados circundantes a empresas mineras.
• Evaluar el aplicar tecnologías de fitorremediación conjuntamente con procesos de bioaumentación (Fitoaumentación endofítica).
GRACIAS A TODOS POR SU ATENCIÓN
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