Biorremediación y tratamiento de efluentes (página 2)

5. Biorremediación de metales
pesados

Otra importante área de contaminación es la que originan los
metales
pesados, en este caso el mecanismo bioquímico microbiano
no es la degradación del átomo
contaminante, sino que se produce un cambio en
el estado de
oxidación del metal para su detoxificación.
Este cambio en el
estado de
oxidación permite seguir varias estrategias de
biorremediación:
a) El metal se vuelve menos soluble y precipita lo que hace que
sea menos utilizado por los organismos del ambiente.
b) Hace que se vuelva por el contrario más soluble por lo
que puede ser removido por permeabilidad.
c) Permite que pueda haber una volatilización del átomo.
d) Hacerlo en si menos tóxico para los organismos del
medio.

Ciclo biogeoquímico del Mercurio
Aunque el mercurio es un elemento poco abundante en el ambiente
natural, es un producto
industrial de amplia utilización y es uno de los
componentes activos de los
plaguicidas introducidos en el agro y por ende en el medio
ambiente.
La minería de
las minas de mercurio y la combustión de combustibles fósiles
libera aprox. 40000 toneladas de mercurio al año.
El mercurio está presente en tres estados de
oxidación Hg0, Hg+ y
Hg2+.
El principal mineral de mercurio es el sulfato HgS, llamado
cinabrio. La solubilidad de este es demasiada baja por lo que en
ambientes anaerobios el mercurio esta en esta forma; pero debido
a la aereación sufre una oxidación gracias a los
tiobacilos, dando el ion mercurio, Hg2+.

Este Hg2+ es muy tóxico pero los
microorganismos convierten el Hg2+ en mercurio
elemental Hg0 detoxificandolo. Una reductasa NADP
(codificada por plásmidos) asociada al Hg2+
cataliza la siguiente reacción.
Hg2+ + NADP + H+ Þ Hg0 + 2H+ +
NADP+

Se ha identificado una proteína
periplásmica en Pseudomonas spp que atrapa el
Hg2+.
Ese ion es atrapado en una región de la proteína
formada por dos residuos de cisteína formando R-S-Hg-S-R,
posteriormente es transportado a través de la membrana
plasmática donde es reducido a Hg0.
Esto evita que el Hg2+ se incorpore a otros residuos
de cisteina de otras proteínas
lo que podría desnaturalizarlas provocando la muerte del
microorganismo, razón por la cual se usa el mercurio de
como antiséptico y desinfectante de heridas.
Otras bacterias
convierten el Hg2+ en metilmercurio y dimetilmercurio
de alta tóxicidad, en esta metilación interviene la
vitamina B12 como coenzima de la siguiente forma.
Hg0 +CH3-B12
Þ
CH3-Hg0
metilmercurio
CH3-Hg+ +CH3 Þ
CH3-Hg-CH3
dimetilmercurio
El metilmercurio y dimetilmercurio son lipofílicos y se
acumulan en los lípidos
celulares.

6. Tratamiento De
Efluentes

Las aguas residuales son materiales
derivados de la actividad industrial y de los residuos
domésticos, los cuales por razones de salud
pública no pueden ser vertidas a los cursos de aguas
corrientes o lagos.
A pesar de las recomendaciones y ordenanzas en los últimos
años los ambientes naturales han recibido un creciente
aporte de efluentes industriales y domésticos que han
llevado al deterioro de muchos cursos de agua
haciéndolos incompatibles con la vida.
Aquellos materiales
tóxicos o indeseables deben ser tratados para
hacerlos inocuos, los materiales inorgánicos como
sedimentos u otros residuos pueden ser tratados por
procesos
fisico-químicos, pero los residuos con una carga
orgánica importante deben sufrir un tratamiento
microbiológico para su oxidación.
El tratamiento de desechos generalmente involucra etapas
múltiples de tratamiento físico y
biológico.
Tratamiento primario: Consiste en separaciones físicas, en
la que el agua se
hace pasar por una serie de mayas para
eliminar residuos mayores y luego el efluente se deja asentar
para permitir que los sólidos suspendidos sedimenten.
Tratamiento secundario: Estos son procesos que
reducen la demanda
bioquímica
de oxigeno (DBO)
de los desechos originales antes de verterlos a los cursos de
aguas, consta de los siguientes procesos.
Proceso
anaeróbico: Este proceso
comprende procesos de digestión y fermentación básicamente realizada
por bacterias.
El resultado final es la producción de CO2 y
CH4 con lo que se logra una disminución del
contenido de sustancia orgánica.
La descomposición anaeróbica se suele usar para el
tratamiento de materiales con mucha sustancia orgánica
insoluble como celulosa, fibra, etc.

El proceso puede ser resumido de la siguiente forma,
(ver figura 1).
1) Digestión inicial de las macromoléculas por
proteasas, polisacaridasas y lipasas extracelulares hasta
sustancias solubles.
2) Fermentación de los materiales solubles
hasta ácidos
grasos.
3) Fermentación de los mismos a acetato, CO2 y
H2.
4) Formación de CH4 a partir de H2,
CO2 y acetato.

La formación de metano es llevada a cabo un
grupo de
microorganismos anaeróbicos obligados muy especializados,
las bacterias metanogénicas, (en la tabla 3, se muestran
los distintos grupos que pueden
ser encontradas).
Los procesos de descomposición operan en forma
semicontinua en tanques cerrados llamados digestores de lodo,
dentro de los cuales se introduce el material no tratado y del
cual se retira el material ya tratado a intervalos.
El tiempo de
retención en el tanque puede ser de 2 semanas a un
mes.
Posteriormente el residuo sólido el cual está
formado por material indigerible y masa bacteriana, se elimina
periodicamente, se seca y luego se quema o se entierra.
Proceso aeróbico: El sistema
aeróbico de tratamiento más común es el
llamado de lodos activados. Aquí, las aguas de
desecho se mezclan y aerean en un gran tanque con el fin de
acelerar el proceso de degradación.
En estos ambientes se desarrollan hongos, bacterias
formadoras de limo principalmente Zoogloea ramigera típica
de este proceso y bacterias filamentosas.
El tiempo de
permanencia del residuo en los tanques de lodos activados es de 5
a 10 horas el cual es demasiado corto para la oxidación
total del mismo.
El proceso principal es la adsorción de los materiales
solubles al material celular microbiano.
Esto permite una reducción de la DBO del líquido
(de 75 a 90%), pero la DBO general (líquido +
sólido) se reduce muy poco.
La gran reducción de la DBO se produce en el digestor
anaeróbico, al cual se transfiere el agregado.
Tratamiento terciario: Es un proceso de elevado costo
económico que involucra un tratamiento
fisico-químico que incluye filtración,
precipitación y cloración lo que permite reducir
los niveles de fosfatos y nitratos del efluente final.
La calidad final de
las aguas residuales es tal que no llega a sostener un desarrollo
microbiano extensivo y en muchos casos se llega a bombear al
suministro de agua algunas
ciudades.

Tabla 3) Característica de las bacterias
metanogénicas

7.
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Resumen
La biorremediación es una práctica que está
tomando importancia a nivel mundial dado que el aumento de la
actividad industrial está degradando cada vez más
los ecosistemas
naturales. El empleo de
microorganismos conocidos para el tratamiento de desechos
potencialmente tóxicos ya es una práctica habitual
en países desarrollados.
La biorremediación es una forma natural de
degradación de compuestos químicos que se
encuentran en la naturaleza y es
la forma en que se reciclan los nutrientes en los ambientes
naturales. Los derrames de hidrocarburos
constituyen una amenaza para la vida, sin embargo existen en a
naturaleza
microorganismos capaces de metabolizarlos.
Esta revisión intenta reunir a criterio del autor los
principales aspectos de la biorremediación y su potencial
en el tratamiento de desechos industriales.
Palabras claves: Biorremediación, microorganismos,
hidrocarburos, tratamientos de efluentes.

Autor:

Lic. Mauricio González Piana

(Biólogo especializado en microbiología)