UNIVERSIDAD POLITÉCNICA           SALESIANA     BIOTECNOLOGÍA DE LOS     RECURSOSO NATURALES      BIORREMEDIACIÓN      PRI...
DEFINICIÓN    La biorremediación puede ser definida como el     uso de organismos vivos, componentes celulares     y enzi...
BIORREMEDIACIÓN    El término biorremediación fue acuñado a     principios de la década de los 80. Los científicos     ob...
HISTORIA    La Biorremediación es un proceso natural     desarrollado a lo largo de toda la historia     evolutiva de la ...
HISTORIA    Edad antigua.    Edad media.    La revolución industrial.    1. Incremento de las fuerzas productivas.    2...
HISTORIA    Economía de mercado    Globalización de la economía.    Problemas ambientales globales6
BIORREMEDIACIÓN    Es similar a la biotecnología, en general sus     técnicas son específicas para casos particulares,   ...
COMPONENTES    Contaminantes.    Metodología de tratamiento.    Microorganismos capaces de biodegradar     xenobioticos...
CONTAMINANTES    Lodos industriales.    Lodos y cortes de perforación.    Lodos del tratamiento de residuos y aguas    ...
METODOLOGÍAS DE     TRATAMIENTO      Aerobias (ex situ, e in situ)      Bioventeo.      Bioaumentación      Bioestimul...
MICROORGANISMOS     1.   Bacterias     2.   Hongos     3.   Algas11
BACTERIASPseudomonas, corinebacterias y micobacteriasPseudomonas, Achromobacter,Arthrobacter, Micrococcus, Nocardia, V...
BACTERIAS     Rhodococcus sp.     Stenotrophomonas maltophilia     Stenotrophomonas sp,     Pseudomonas sp,14
Bacterias     Pseudomonas, corinebacterias y micobacterias     Pseudomonas, Achromobacter,     Arthrobacter, Micrococcu...
BACTERIAS
CULTIVOS17
Clasificación bacteriana18
VARIEDADES MORFOLÓGICAS                                  Morfología bacteriana      Esféricas       Bastonadas            ...
TIPOS Y CRITERIOS DE       CLASIFICACIÓN BACTERIANA     Tipos de Clasificación     artificial     natural     Numérica...
COLECCIONES DE CULTIVOS               TIPO     Todas las cepas/aislados y especies nuevas son      depositadas en una de ...
BACTERIAS FOTOSINTÉTICAS     Existen tres grupos de bacterias Gram-        fotosintéticas:     1. Cianobacterias.     2. ...
BACTERIAS FOTOSINTÉTICAS     Característica    Cianobacterias    Bacterias rojas   Bacterias                              ...
CIANOBACTERIAS     Géneros:     Sin heterocistes: Oscillatoria y Spirulina     Con heterocistes: Anabaena.24
BACTERIAS ROJAS     Incluidas en el phylum Proteobacteria.       Unicelulares, móviles por flagelos.       Metabólicamente...
BACTERIAS VERDES     Pequeño grupo de bacterias similares fisiológica,      nutricional y ecológicamente a las bacterias r...
BACTERIAS             QUIMIOLITÓTROFAS     Organismos capaces de crecer en un medio      estrictamente mineral y en ausen...
BACTERIAS              QUIMIOLITÓTROFAS     BACTERIAS NITRIFICANTES     Llevan a cabo la oxidación biológica de amoniaco...
BACTERIAS             QUIMIOLITÓTROFAS     OXIDADORES DE AZUFRE     Denominadas bacterias incoloras del azufre. Dos     ...
BACTERIAS             QUIMIOLITÓTROFAS     BACTERIAS DEL HIERRO     Algunas bacterias oxidan Fe(II) a Fe(III) y pueden  ...
BACTERIAS GRAM- AEROBIAS     Metabolismo respiratorio aerobio (todas son      catalasa +). Si son móviles, lo son por fla...
BACTERIAS GRAM- AEROBIAS     PSEUDOMONAS Y GRUPOS AFINES.     La antigua familia Pseudomonadaceae (incluía a      las ba...
BACTERIAS GRAM- AEROBIAS     En esta fam. se incluyen también las bacterias      con vaina filamentosas Sphaerotilus y Le...
BACTERIAS FIJADORAS DE              NITROGENO     RIZOBIOS (Orden RHIZOBIALES)     Bacterias quimioheterótrofas aerobias...
BACTERIAS GRAM -       ANAEROBIAS FACULTATIVAS     Existe dos familias: Fam. Enterobacteriaceae.      Fam. Vibrionaceae. ...
BACTERIAS GRAM -     ANAEROBIAS FACULTATIVAS     Orden Vibrionales, fam. Vibrionaceae. Muy      similares a los anteriore...
BACTERIAS GRAM-                ANAEROBIAS     I. BACTERIAS FERMENTADORAS     Anaerobias estrictas, metabolismo      excl...
BACTERIAS GRAM-                 ANAEROBIAS     II. BACTERIAS REDUCTORAS DEL AZUFRE /      SULFATORREDUCTORAS     Anaerob...
BACTERIAS GRAM-POSITIVAS     I: UNICELULARES FORMADORES DE      ENDOSPORAS     Aerobios: gen. Bacillus. La mayoría de la...
BACTERIAS GRAM-POSITIVAS     Anaerobios: gen. Clostridium. Grandes, a veces      pleomorfos. Esporas deformantes (central...
BACTERIAS GRAM-POSITIVAS     II: UNICELULARES NO ESPORULANTES:      BACTERIAS DEL ÁCIDO LÁCTICO     Fam I. Lactobacillac...
BACTERIAS GRAM-POSITIVAS     Fam. V. Leoconostocaceae     Gen. Leuconostoc     Fam. VI. Streptococcaceae     Gens. Str...
BACTERIAS GRAM-POSITIVAS     III: ACTINOMICETES     ACTINOBACTERIAS Y MICROCOCOS. Escaso      o nulo desarrollo miceliar...
ARQUEAS     En base a sus características fisiológicas y        ecológicas se subdividen en tres grupos:     1. Metanógen...
ARQUEAS     METANOBACTERIAS     Methanobacteriales, v.g. Methanobacterium     Methanococcales, v.g. Methanococcus     ...
ARQUEAS     ARQUEOBACTERIAS HALOFILAS EXTREMAS     Quimioorganótrofos, aerobios. Hábitat: salinas,      lagos naturales ...
ARQUEAS     ARQUEOBACTERIAS TERMOFILAS      DEPENDIENTES DEL AZUFRE.     Todas obtienen energía reduciendo u oxidando   ...
Bacterias Gram negativas Bacillus                  cereus48
Bacterias Gram positivas      Serratia marcescens .49
Pared celular Gram negativa50
Pared celular Gram positiva51
Mecanismos de asimilación52
Macro y micronutrientes              Elemento   % en peso seco                              Fuente                        ...
Elementos traza              Elemento                 Ejemplo de función     Cobalt              Parte de la vitamina B12,...
Medio de cultivo para                                   Cyanobacterias                  Componente             g/litro    ...
Mezcla de microelementos         Componente    g/litro           H3BO3       2.86         MnCl24H2O     1.81         ZnSO4...
Medio de aislamiento para                       pseudomonas                 Component   grams/liter                    Pur...
HONGOSPenicillumAspergillumMucorCandida,RhodotorulaSporobolomycesPhanerochaetesChrysosporium
HONGOS     Hongo ligninolítico Stereum hirsutum.59
ALGASUlvaChlamidomonasNostocAnabaena
ANABAENA
NOSTOC
Plantas     Pasto elefante     Esterilla.     Junquillo     Totora     Kikuyo     Lenteja de agua     Nenúfar     ...
Plantas acuáticas64
Plantas de pantano65
CAMPOS DE APLICACIÓN     Tratamiento de residuos industriales     Tratamiento de metales pesados     Minería     Trata...
CAMPOS DE APLICACIÓN     Tratamiento de residuos industriales     Tratamiento de metales pesados     Minería     Trata...
MÉTODOS EN MICROBIOLOGIA I. AISLAMIENTO Y          CULTIVO DE MICROORGANISMOS     PRINCIPIOS DE NUTRICIÓN MICROBIANA y   ...
MÉTODOS EN MICROBIOLOGIA I. AISLAMIENTO Y          CULTIVO DE MICROORGANISMOS     por lo que todos estos elementos deben ...
Definiciones básicas     Medio sintético o definido: compuesto por      nutrientes químicamente definidos.     Medio com...
FACTORES QUE INCIDEN     Concentración de contaminantes     Disponibilidad de carbono y nutrirntes (NPK)     Temperatur...
Temperatura     Temperatura     Determina la velocidad de crecimiento y puede      también ser determinante sobre el tip...
Efecto de la temperatura73
Mínimos, óptimos y máximos de                    temperatura                  Bacterias                           Habitat ...
OXÍGENO     De acuerdo a su respuesta frente al O2 las      bacterias se clasifican como:     Aerobias: dependen del O2-...
Efecto del oxígeno76
Relación de los microorganismos              con el oxígeno                       Organismo                          Habit...
pH     Debe ser adecuado y mantenerse durante todo el      período de crecimiento. La fermentación de      carbohidratos ...
Influencia del pH79
Influencia del pH              Organismo                         Habitat              Mínimo pH   Óptimo pH   Máximo pH   ...
Concentración de sales81
Halo-tolerancia                Organismo              Habitat          Minimo de actividad acuosa                         ...
OTROS FACTORES     Potencial redox     Radiación electromagnética     CO2     Presencia de agua líquida     Presión a...
AISLAMIENTO     Para trabajar con un microorganismo en      condiciones definidas en el laboratorio es      necesario pri...
MEDIOS SÓLIDOS     Siembra (extensión o vertido) en placa.     Separación e inmovilización de organismos de      forma i...
MEDIOS LÍQUIDOS     Solo utilizable para aislar la especie      predominante en un cultivo mixto. Método de la      diluc...
MEDIOS SELECTIVOS     Medios que favorecen el crecimiento de un      microorganismo específico. Se emplean cuando      el...
MEDIOS SELECTIVOS     Aislar directamente: medios sólidos que permiten      aislar colonias. Suelen llevar un inhibidor q...
CUANTIFICACIÓN DE                 MICROORGANISMOS     Recuento de viables.     Se utiliza una técnica similar al aislami...
CUANTIFICACIÓN DE                MICROORGANISMOS     Medida de la masa celular.     Turbidimetría (densidad óptica). Se ...
Ecosistemas microbianos91
Fuentes termales marinas92
CINÉTICA MICROBIANACRECIMIENTO MICROBIANO“El crecimiento de células, microorganismos, células vegetales y animales, pued...
CINÉTICA MICROBIANAMEDICIÓN DEL CRECIMIENTO MICROBIANO .El cálculo del número de células que existen en una  suspensión ...
CINÉTICA MICROBIANAMétodos directos:¨       Recuento del número de células en una cámara Thoma¨       Peso seco celular...
CINÉTICA MICROBIANAMétodos indirectos:¨       Recuento de colonias en placa¨       Recuento sobre filtro de membrana¨ ...
CINÉTICA MICROBIANAEl peso seco (contenido de sólidos) de las células bacterianas  que se encuentran en una suspensión se...
CINÉTICA MICROBIANAPESO ESPECÍFICO ANHIDRO:ρ0 =      Peso anhidro       Volumen AnhidroPESO ESPECÍFICO A H% DE HUMEDADρ...
CINÉTICA MICROBIANA ABSORCIÓN: Cuando un haz de luz paralelo (colimado) golpea una partícula en  suspensión, parte de la...
CINÉTICA MICROBIANATurbidimetría: La turbidimetría mide la reducción de la  transmisión de luz debido a partículas de una...
CINÉTICA MICROBIANAAbsorbancia = K x Peso SecoK: constante que varía con la longitud de onda utilizada y  representa la i...
CINÉTICA MICROBIANARECUENTO MICROSCÓPICO:Es una técnica común, rápida y barata que utiliza un equipamiento fácilmente di...
CINÉTICA MICROBIANACámara de recuento de Petroff-Hausser
CINÉTICA MICROBIANARecuento de microorganismos.                             Area       Volumen          Factor        Tip...
CINÉTICA MICROBIANACINÉTICA DE CRECIMIENTO DE UN CULTIVO INTERMITENTE
CINÉTICA MICROBIANA(1)      La fase logarítmica, en la que el microorganismo se adapta  a las nuevas condiciones y pone en...
CINÉTICA MICROBIANAEFECTO DE LA CONCENTRACIÓN DE SUSTRATO .la generación del producto se mantiene constante mientras la ...
CINÉTICA MICROBIANAEstos últimos dos parámetros son importantes, porque nos  dan información directa sobre cuán bien el m...
CINÉTICA MICROBIANARELACIONES MATEMÁTICAS:En un cultivo estático con crecimiento exponencial el tiempo de generación cel...
CINÉTICA MICROBIANADonde x es el número de células o la concentración del organismo (miligramos de peso seco por mililitr...
CINÉTICA MICROBIANAPuesto que xf es también igual a 2kt xo, la relación entre k y μ puede derivarse combinando las dos ec...
TÉCNICAS EXISTENTES      Aerobias (ex situ, e in situ)      Bioventeo.      Bioaumentación      Bioestimulación      ...
TIPOS DE BIORREMEDIACIÓNTratamiento anarobio. En ausencia de oxígeno, produce gases indeseables como: metano, amoníaco, g...
TECNICASIn situ. Son las aplicaciones en las que el suelo contaminado     es    tratado,  o    bien,   los contaminantes ...
TECNICASEx situ.La realización de este tipo de tecnologías, requiere de excavación, dragado o cualquier otro proceso para...
TRATAMIENTO            VENTAJAS                               DESVENTAJAS                  Son efectivos en cuanto a cost...
RUTASLas    rutas de biodegradación de los contaminantes orgánicos, varían en función de la estructura química del compue...
Tratamientos aerobiosCompostajeBiopilas.BioventeoLandfarming en plataforma cubiertaLandfarming en campo abierto.Fito...
COMPOSTAJEProceso biológico controlado, por el cual pueden tratarse suelos y sedimentos contaminados con compuestos orgán...
BIOPILASSon una forma de composteo en el cual, además de agentes de volumen, el sistema se adiciona con agua y nutrientes...
Limpieza de suelos con hidrocarburos                                                     SUELO      Retiro material       ...
BIOVENTEOEstimula la biodegradación natural de cualquier compuesto biodegradable en condiciones aerobias. El aire se sumi...
LANDFARMINGLa superficie del suelo contaminado es tratado en el mismo sitio por medio del arado. El suelo contaminado se ...
Landfarming                                SUELOS Y LODOS                                 ESTABILIZADOS                   ...
FITORREMEDIACIÓNProceso que utiliza plantas para remover, transferir, estabilizar, concentrar y/o destruir contaminantes ...
BIORREACTORESPara tratar suelos heterogéneos y poco permeables, o cuando es necesario disminuir el tiempo de tratamiento,...
Landfarming en plataforma    Sistema aerobico de tratamiento biológico de     residuos, que puede emplear dos procesos:1....
BIOESTIMULACIÓNImplica la circulación de soluciones acuosas (que contengan nutrientes y/u oxígeno) a través del suelo o s...
BIOAUMENTACIÓNConsiste en la adición de microorganismos vivos, que tengan la capacidad para degradar el contaminante en c...
COMPONENTESPlataformaEncapsulantesMateria orgánica (nutrientes)Residuos.Material de relleno.Personal.Manual de bios...
Encapsulantes    Materiales que permiten atrapar     contaminantes presentes en los residuos     industriales tales como:...
Materia orgánica    Residuos orgánicos tales como:1.   Citricos (frutas en general)2.   Hortalizas.3.   Estiércol de gana...
COMPONENTESPlataformaEncapsulantesMateria orgánica (nutrientes)Residuos.Material de relleno.Personal.Manual de bios...
ResiduosSuelos contaminados con hidrocarburos.Lodos y residuos industriales.Lodos del tratamiento de aguas.Aceites y d...
Material de relleno(esponjante)Cascarilla de arróz.VirutaAserrin.Musgo/líquenesRestos de coco y palmiste
Tratamiento de lodos y suelo                                              Lodos y suelo      Estabilización       Deshidra...
AGUAS                                 RESIDUALES                                                                          ...
Residuos de Lácteos                              Gloria      Grasas                                        Lodos del      ...
Derrame Exxon- Valdez139
EXPERIENCIAS PRÁCTICAS      Tratamiento de Fluidos, cortes y ripios de perforación.      Tratamiento de suelos contamina...
PROCESO TÍPICO      Visita de campo      Muestreo      Identificación y aislameinto de microorganismos.      Pruebas d...
Operaciones de preparación142
Suelos en tratamiento143
SUELOS CONTAMINADOS CON                 HIDROCARBUROS        Sistema in situ       Sistema ex situ       Tratamiento an...
DESCRIPCIÓN      Estabilización de residuos      Deshidratación      Maduración      Tendido y adición de materia orgá...
PROCESOVisita de campoMuestreoIdentificación y aislamiento de microorganismos.Pruebas de biodegradación.Preparación d...
PROCESOSEstabilización de residuosDeshidrataciónMaduraciónTendido y adición de materia orgánica en fermentación.Mezcl...
Estabilización de residuosLos residuos se estabilizan con ayuda de sustratos especializados, que permiten su manejo segur...
DESHIDRATACIÓNLos residuos húmedos, una vez estabilizados se someten a deshidratación en plataformas impermeabilizadas, c...
MADURACIÓNLos residuos estabilizados y deshidratados, se dejan en reposo o maduración por un tiempo aproximados de dos a ...
TENDIDO DE RESIDUOS    Los residuos estabilizados se disponen en     la plataforma de tratamiento, en forma     uniforme....
MEZCLAAl adicionar el material esponjante, se logra la creación de poros, que contribuyen a la aireación de los residuos ...
ADICIÓN DE MATERIA            ORGÁNICA    La materia orgánica se adiciona triturada lo     más finamente posible (2-1). P...
INICIO DEL TRATAMIENTOUna vez mezclados los nutrientes con los residuos, se inicia el tratamiento de los residuos, por ac...
PARÁMETROS DEL PROCESOConcentración de contaminantesDisponibilidad de carbono y nutrientes (NPK)TemperaturapHHumedad...
PARÁMETROS DEL PROCESOMetales pesadosEstructura del residuo y del suelo
Concentración de contaminantesSi la concentración de contaminantes hidrocarburíferos, supera los 50000 TPHs, es necesario...
NutrientesLa relación C, N, P, K debe ser 3-1-1. Fuentes de potasio son los residuos de crucíferas, tales como la col, br...
NutrientesLa fuente de fósforo, es el estiércol de ganado o la gallinaza; aunque también se puede emplear P2O5 o un abono...
TemperaturaEl rango de temperatura óptimo para la biorremediación varía entre 37 a 50 ºC.Esto no significa que no haya a...
pHLa biorremediación transcurre de mejor forma, en un medio moderadamente ácido, que varía entre 4,5 a 6,5.Si el pH se h...
HumedadLa humedad óptima del sistema de tratamiento debe variar entre 50-60%, la misma que se mide mediante un hidrómetro...
ConductividadEsto es, la resistencia eléctrica del sustrato mediada en μS/cm, no debe superar los 2000, para que el proce...
AireaciónLa aireación es importante para garantizar el transcurso aeróbico de la biorremediación. Se realiza mediante vol...
Metales pesados    Los residuos hidrocarburíferos contienen     metales pesados que inhiben el crecimiento     bacteriano...
Cinética bacterianaEl control del crecimiento bacteriano, es vital para garantizar el progreso de la degradación de los c...
Estructura del sustratoDurante todo el proceso se debe controlar la porosidad del sustrato, evitando su compactación y co...
NORMAS DE SEGURIDAD    Uso de equipos de protección personal, como:1.   Guantes,2.   Mascarilla,3.   Delantal impermeable...
NORMAS DE SEGURIDADNo comer ni beber durante las operaciones.Lavado de manos y de las botas, antes de salir del área de ...
NORMAS DE SEGURIDADUso de gafas o pantallas faciales. Cuando el sistema de tratamiento incluye bioaumentación.Restringir...
ESTUDIO DE CASO         BIORREMEDIACIÓN DE LODOS      INDUSTRIALES CAMPAMENTO BASE DE               WEATHERFORD171
Residuos industrialesResiduos que se caracterizan por su elevado contenido de sustancias inorgánicas u orgánicas de eleva...
Estudio de casoGestión Integral de residuos industriales, Campamento Base de Weatherford (General Pipe), El Coca.Weather...
AntecedentesEn el 2005, el departamento de QHSE de Weatherfor, en  fiel cumplimiento a las disposiciones emanadas de las ...
AntecedentesCon la asistencia técnica de la Compañía Oilenergy, se implementó un sistema de tratamiento de aguas industri...
AntecedentesRealizó modificaciones operativas, para reducir la generación de residuos.Emprendió un programa de capacitac...
Campamento base
TALLERES  Trampas                Separación de            Trampas                             fases                       ...
TALLERES                                                                      Manejo deGuaipes              Aceite- diesel...
Landfarming en PlataformaFue el sistema elegido para el tratamiento de residuos de hidrocarburos y otros residuos industr...
Residuos a  tratar
Landfarming                                   SUELOS Y LODOS                                   ESTABILIZADOS              ...
Camas demaduración
DESCRIPCIÓN Estabilización de residuos Deshidratación Maduración Tendido y adición de materia orgánica en fermentación...
Estabilización de residuos
Camas demaduración
Adición de materia orgánica
Mezclado
Plataform   a detratamient     o
Vista de plataforma
Jardinerasparadisposiciónderesiduostratados
Jardín frente al casino
Frutos cultivados en residuos           tratados
Producción hortícola
Tratamiento de aguasresidualesInicialmente se implementó un sistema móvil de tratamiento químico de aguas residuales.Pos...
Tratamiento de aguas                              AGUAS DE LAVADO                                      Separación de      ...
Aguas de lavado de tuberías
Aguas residuales a tratar
Aguasaceitosas
Aguas ácidas de chemplate
Sedimentos aceitosos
Aguas tratadas
Sistema de tratamiento de         aguas
Planta detratamient     o
RESULTADOS Residuos industriales:TPH = 97373 ppm a 1360 ppm, en 210 días Cortes y fluidos de perforaciónNO3 = 45000 ppm ...
Decremento de TPHs        101000        3                 9737         91000         81000                 7              ...
TENDENCIA DE LOS TPHS DE MAYO 2006 HASTA AGOSTO                            20071,4                                     601...
TPHs en lixiviados        60        50                                                            Datos Obtenidos        4...
TENDENCIA DE EL PH EN LIXIVIADOS DE ENERO                     HASTA AGOSTO14                                     2512     ...
TENDENCIA DE LA CONDUCTIVIDAD ELECTRICA DE ENERO                         HASTA AGOSTO9000                                 ...
TENDENCIA DEL BARIO DE ENERO HASTA AGOSTO6                                        355                                     ...
Cadmio en lixiviados       0,6       0,5                                                                           Datos o...
TENDENCIA DEL CADMIO DE MAYO 2006 HASTA AGOSTO                            20070,12                                        ...
Cromo en lixiviados       12       10                                                            Datos obtenidos        8 ...
TENDENCIA DEL CROMO DESDE MAYO 2006 HASTA AGOSTO                            20071,2                                       ...
TENDENCIA DEL VANADIO DESDE MAYO 2006 HASTA                       AGOSTO 20070,45                                         ...
Vanadio en lixiviados       3                                                                 Datos Obtenidos       2     ...
CONCLUSIONESConjunto de técnicas viables para tratar residuos.Sistemas prácticos y simples, de bajo costo.Los residuos ...
RESULTADOS      Residuos industriales:      TPH = 97373 ppm a 1360 ppm, en 210 días      Cortes y fluidos de perforación...
Tasas de degradación de               TPHs                     5,000                     4,500                     4,000  ...
Decremento de TPHs              101000        3                       9737               91000               81000        ...
Degradación de TPHs,           laboratorio                                      REDUCCIÓN TPH Ue2(2)      Concentración pp...
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Biorremediación

  1. 1. UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA BIOTECNOLOGÍA DE LOS RECURSOSO NATURALES BIORREMEDIACIÓN PRINCIPIOS Y TÉCNICAS1
  2. 2. DEFINICIÓN La biorremediación puede ser definida como el uso de organismos vivos, componentes celulares y enzimas libres, con el fin de realizar una mineralización o una transformación parcial, la humificación de los residuos o de agentes contaminantes y una alteración del estado redox de metales.2
  3. 3. BIORREMEDIACIÓN El término biorremediación fue acuñado a principios de la década de los 80. Los científicos observaron que era posible aplicar estrategias de remediación que fuesen biológicas, basadas en la capacidad de los microorganismos de realizar procesos degradativos.3
  4. 4. HISTORIA La Biorremediación es un proceso natural desarrollado a lo largo de toda la historia evolutiva de la Biosfera; como mecanismo de autodepuración y de recuperación de nutrientes, para mantener los ciclos biogeoquímicos, responsables del equilibrio de los ecosistemas. La biorremediación surge como una rama de la biotecnología que busca resolver los problemas de contaminación mediante el diseño de microorganismos capaces de degradar compuestos que provocan desequilibrios en el medio ambiente.4
  5. 5. HISTORIA Edad antigua. Edad media. La revolución industrial. 1. Incremento de las fuerzas productivas. 2. Incremento de la población. 3. Incremento del consumo. 4. Creación de nuevos materiales y servicios. 5. Incremento de los residuos5
  6. 6. HISTORIA Economía de mercado Globalización de la economía. Problemas ambientales globales6
  7. 7. BIORREMEDIACIÓN Es similar a la biotecnología, en general sus técnicas son específicas para casos particulares, porque dependen directamente de las condiciones del ecosistema a recuperar. A veces, biorremediar un ambiente contaminado puede requerir la elaboración de un microorganismo genéticamente modificado que sea eficiente sólo para ese caso.7
  8. 8. COMPONENTES Contaminantes. Metodología de tratamiento. Microorganismos capaces de biodegradar xenobioticos. Metodologías de análisis Normas de Bioseguridad de laboratorio. Normas de Bioseguridad ambiental Marco Legal8
  9. 9. CONTAMINANTES Lodos industriales. Lodos y cortes de perforación. Lodos del tratamiento de residuos y aguas residuales. Pesticidas. Órgano clorados y órgano fosforados. Metales pesados. Bifenilos Policlorados. Suelos contaminados con hidrocarburos. Aguas residuales9
  10. 10. METODOLOGÍAS DE TRATAMIENTO  Aerobias (ex situ, e in situ)  Bioventeo.  Bioaumentación  Bioestimulación  Landfarming  Compostaje  En Fase líquida  En Fase de lechada  En fase sólida  Fermentación10
  11. 11. MICROORGANISMOS 1. Bacterias 2. Hongos 3. Algas11
  12. 12. BACTERIASPseudomonas, corinebacterias y micobacteriasPseudomonas, Achromobacter,Arthrobacter, Micrococcus, Nocardia, Vibrio, Acinetobacter,Brevibacterium,Corynebacterium,Flabobacterium,
  13. 13. BACTERIAS Rhodococcus sp. Stenotrophomonas maltophilia Stenotrophomonas sp, Pseudomonas sp,14
  14. 14. Bacterias Pseudomonas, corinebacterias y micobacterias Pseudomonas, Achromobacter, Arthrobacter, Micrococcus, Nocardia,  Vibrio, Acinetobacter, Brevibacterium, Corynebacterium, Flabobacterium,15
  15. 15. BACTERIAS
  16. 16. CULTIVOS17
  17. 17. Clasificación bacteriana18
  18. 18. VARIEDADES MORFOLÓGICAS Morfología bacteriana Esféricas Bastonadas Curvas Filiformes Micrococos Bacterias Vibriones Sulfobacterias Diplococos Bacilos Espirilos Ferrobacterias Sarcinas Clostridioss Espiroquetas Rikettsias Estreptococos Tetracocoss Estafilococos19
  19. 19. TIPOS Y CRITERIOS DE CLASIFICACIÓN BACTERIANA Tipos de Clasificación artificial natural Numérica filogenética: las relaciones se establecen en base a criterios evolutivos. Las Características consideradas son: Caracteres fenotípicos, Caracteres bioquímicos, Criterios antigénicos y caracteres genéticos ( relación G+C %, secuencias de ARNr, grado de hibridación)20
  20. 20. COLECCIONES DE CULTIVOS TIPO Todas las cepas/aislados y especies nuevas son depositadas en una de estas colecciones, cuya función es la de mantener y distribuir cultivos de organismos vivos. Algunas son: CECT: Colección Española de Cultivos Tipo (Burjasot, Valencia). ATCC: American Type Culture Collection. DSM: Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH.21
  21. 21. BACTERIAS FOTOSINTÉTICAS Existen tres grupos de bacterias Gram- fotosintéticas: 1. Cianobacterias. 2. Bacterias rojas. 3. Bacterias verdes22
  22. 22. BACTERIAS FOTOSINTÉTICAS Característica Cianobacterias Bacterias rojas Bacterias verdes Fotosíntesis Oxigénica Anaoxigénica Anaoxigénica Pigmentos Sin plantas Específicos Específicos Morfología Filamentosa y Unicelular Bacilar y unicelular filamentosa Motilidad Inmóviles o por Por flagelos Bac. Inmóviles deslizamiento Fil. deslizamiento Fijación de CO2 Ciclo de Calvin Ciclo de Calvin Ciclo reductor ATC Heterotrofia Escasa Amplia Escasa23
  23. 23. CIANOBACTERIAS Géneros: Sin heterocistes: Oscillatoria y Spirulina Con heterocistes: Anabaena.24
  24. 24. BACTERIAS ROJAS Incluidas en el phylum Proteobacteria. Unicelulares, móviles por flagelos. Metabólicamente muy versátiles Bacterias rojas del azufre: Chromatium Bacterias rojas no del azufre: Rhodospirillum y Rhodobacter.25
  25. 25. BACTERIAS VERDES Pequeño grupo de bacterias similares fisiológica, nutricional y ecológicamente a las bacterias rojas. Bacterias verdes del azufre Phylum Chlorobi. Fotoautótrofos anaerobios. Gen. Chlorobium. Bacterias verdes no del azufre Phylum Chloroflexi. Gén. Chloroflexus (fotoheterótrofo, pudiendo ser fotoautótrofo o quimioheterótrofo de forma facultativa).26
  26. 26. BACTERIAS QUIMIOLITÓTROFAS Organismos capaces de crecer en un medio estrictamente mineral y en ausencia de luz, obteniendo su ATP y poder reductor de la respiración de un substrato inorgánico y utilizando el CO2 como fuente de carbono. Este tipo de metabolismo es exclusivo de bacterias y arqueas. La mayoría de las bacterias se incluyen entre las Proteobacterias.27
  27. 27. BACTERIAS QUIMIOLITÓTROFAS BACTERIAS NITRIFICANTES Llevan a cabo la oxidación biológica de amoniaco a nitrito y de éste a nitrato (nitrificación). Se subdividen en dos grupos metabólicos: · NH4 + a NO2 - Nitrosomonas, Nitrosococcus · NO2 - a NO3 - Nitrobacter, Nitrococcus, Nitrospira.28
  28. 28. BACTERIAS QUIMIOLITÓTROFAS OXIDADORES DE AZUFRE Denominadas bacterias incoloras del azufre. Dos grandes clases: · Bacterias oxidadoras de H2S con formación de depósitos intracelulares de S V.g. : deslizantes filamentosos, tales como Beggiatoa y Thiothrix. · Bacterias oxidadoras de H2S con formación de depósitos extracelulares de S. Pequeño tamaño celular V.g.: Thiobacillus, Thiomicrospira29
  29. 29. BACTERIAS QUIMIOLITÓTROFAS BACTERIAS DEL HIERRO Algunas bacterias oxidan Fe(II) a Fe(III) y pueden formar precipitados pardo-rojizos de óxidos o hidróxidos del mismo. En la mayoría de los casos se trata de quimioheterótrofos que no obtienen energía del proceso (Vg. bacterias con vaina tipo Leptothrix). Sólo son verdaderos quimiolitoautótrofos T. ferrooxidans y Leptospirillum ferrooxidans (Ph ácido, aguas de minas, biolixiviación) y Gallionella (aguas dulces, pH neutro).30
  30. 30. BACTERIAS GRAM- AEROBIAS Metabolismo respiratorio aerobio (todas son catalasa +). Si son móviles, lo son por flagelos. Estas bacterias pueden oxidar prácticamente cualquier tipo de substrato orgánico como fuente de C y E. Clásicamente los géneros se establecían en función de la morfología celular y la inserción de los flagelos. Hoy en día están distribuidas entre las alfa, beta y gamma Proteobacterias.31
  31. 31. BACTERIAS GRAM- AEROBIAS PSEUDOMONAS Y GRUPOS AFINES. La antigua familia Pseudomonadaceae (incluía a las bacterias Gram- quimioheterótrofas aerobias que presentan flagelos con inserción polar) hoy está distribuida entre: Proteobacteria: orden Burkholderiales fam. Burkholderiaceae, gen. Burkholderia, v.g. B. cepacia. fam. Comamonadaceae, gen. Comamonas.32
  32. 32. BACTERIAS GRAM- AEROBIAS En esta fam. se incluyen también las bacterias con vaina filamentosas Sphaerotilus y Leptothrix. Orden Rhodocyclales, gen. Zooglea, v.g. Z. ramigera. Proteobacteria: Orden Pseudomonadales, fam. Pseudomonadaceae, gen. Pseudomonas, v.g. P. putida, P. aeruginosa.33
  33. 33. BACTERIAS FIJADORAS DE NITROGENO RIZOBIOS (Orden RHIZOBIALES) Bacterias quimioheterótrofas aerobias Gram- con flagelación subpolar o, por degeneración, peritrica. Géns. Rhizobium (V.g. R. leguminosarum:, R. melitoti) y Bradyrhizobium. Gén. Agrobacterium (V.g. A. tumefaciens). AZOTOBACTERIAS (actualmente incluidas en la Fam. Pseudomonadaceae) Fijan N2 en condiciones de crecimiento aerobio y vida libre. Frecuentes en suelos y aguas de regiones templadas.34 Géns.: Azotobacter , Azomonas.
  34. 34. BACTERIAS GRAM - ANAEROBIAS FACULTATIVAS Existe dos familias: Fam. Enterobacteriaceae. Fam. Vibrionaceae. Las bacterias coliformes como índice de contaminación fecal. Enterobacteriaceae, está constituido por 40 géneros entre los que podemos citar: Escherichia, Salmonella, Shigella, (bacterias coliformes intestinales), Enterobacter, Serratia, Proteus (de suelos y aguas) y Yersinia (patógeno de animales).35
  35. 35. BACTERIAS GRAM - ANAEROBIAS FACULTATIVAS Orden Vibrionales, fam. Vibrionaceae. Muy similares a los anteriores pero con flagelación polar, forma curva y oxidada +. Acuáticas. Géneros: Vibrio, hotobacterium. Algunas especies de Vibrio y Photobacterium son bioluminiscentes, pudiendo ser utilizadas como biosensores y en analítica para detectar contaminación en aguas.36
  36. 36. BACTERIAS GRAM- ANAEROBIAS I. BACTERIAS FERMENTADORAS Anaerobias estrictas, metabolismo exclusivamente fermentativo. Grupo filogenético independiente (Phylum Bacteroidetes, gen. Bacteroides; Phylum Fusobacteria, gen. Fusobacterium).37
  37. 37. BACTERIAS GRAM- ANAEROBIAS II. BACTERIAS REDUCTORAS DEL AZUFRE / SULFATORREDUCTORAS Anaerobios estrictos. Obtienen su energía mediante respiración anaerobia (utilizan SO42- o S0 como aceptor de e-). Incluidas en las proteobacterias. Hábitat: sedimentos anaerobios. Géneros: Desulfovibrio, Desulfobacter SO42-. Desulfuro monas S038
  38. 38. BACTERIAS GRAM-POSITIVAS I: UNICELULARES FORMADORES DE ENDOSPORAS Aerobios: gen. Bacillus. La mayoría de las especies son saprófitas y se encuentran en el suelo (mayoritarios), agua, aire y vegetación, siendo importantes agentes mineralizadores de la materia orgánica. B. subtilis, B. cereus , B. anthracis, B. thuringiensis (insecticida biológico contra orugas y mosquitos), B. stearothermophilus (indicador biológico esterilización autoclave, compostaje.39
  39. 39. BACTERIAS GRAM-POSITIVAS Anaerobios: gen. Clostridium. Grandes, a veces pleomorfos. Esporas deformantes (centrales o terminales). Habitantes del suelo, incluyendo algunas especies patógenas (exotoxina, sin capacidad invasiva). C. botulinum, C. tetani, C. perfringes, C. pasteurianum (fija N2 atmosférico), C. butiricum y C. acetobutilycum.40
  40. 40. BACTERIAS GRAM-POSITIVAS II: UNICELULARES NO ESPORULANTES: BACTERIAS DEL ÁCIDO LÁCTICO Fam I. Lactobacillaceae Gen. Lactobacillus (bacilos regulares). V.g. L. bulgaricus, L. lactis, L. brevis, L. salivarus Fam. IV. Enterococcaceae Gen. Enterococcus (E. faecalis)41
  41. 41. BACTERIAS GRAM-POSITIVAS Fam. V. Leoconostocaceae Gen. Leuconostoc Fam. VI. Streptococcaceae Gens. Streptococcus (S. pneumoniae , S. pyogenes); Lactococcus (L. lactis, L. cremoris)42
  42. 42. BACTERIAS GRAM-POSITIVAS III: ACTINOMICETES ACTINOBACTERIAS Y MICROCOCOS. Escaso o nulo desarrollo miceliar. Son saprófitas del suelo donde actúan como importantes agentes mineralizadores (Arthrobacter) o forman parte de la biota normal (Micrococcus, Actinomyces). CORINEBACTERIAS. C. diphteriae, agente de la difteria. Mycobacterium: M. tuberculosis y M. leprae son los agentes causales de la tuberculosis y la lepra. Nocardia. Micelio fragmentario. Saprófitas del43 suelo donde degradan muchos compuestos.
  43. 43. ARQUEAS En base a sus características fisiológicas y ecológicas se subdividen en tres grupos: 1. Metanógenas: ocupan ambientes anaerobios y su único modo de obtener E es mediante la formación de CH4 2. Halófilas extremas: viven en ambientes hipersalinos 3. Termófilas S-dependientes: ocupan Hábitat extremadamente calientes y, en ciertos casos, también muy ácidos.44
  44. 44. ARQUEAS METANOBACTERIAS Methanobacteriales, v.g. Methanobacterium Methanococcales, v.g. Methanococcus Methanomicrobiales, v.g. Methanospirillum Methanosarcinales, v.g. Methanosarcina, Methanosaeta45
  45. 45. ARQUEAS ARQUEOBACTERIAS HALOFILAS EXTREMAS Quimioorganótrofos, aerobios. Hábitat: salinas, lagos naturales extremadamente salinos (250- 400 g/l sal, elevada intensidad lumínica, bajo contenido en O2). Orden Halobacteriales, fam. Halobacteriaceae, gens. Halobacterium, Halococcus, Natronobacterium.46
  46. 46. ARQUEAS ARQUEOBACTERIAS TERMOFILAS DEPENDIENTES DEL AZUFRE. Todas obtienen energía reduciendo u oxidando azufre. Son quimiolitoautótrofas, mixótrofas o heterótrofas. Thermococcus. Thermoproteus, Desulfurococcus. Sulfolobus, Acidianus.47
  47. 47. Bacterias Gram negativas Bacillus cereus48
  48. 48. Bacterias Gram positivas Serratia marcescens .49
  49. 49. Pared celular Gram negativa50
  50. 50. Pared celular Gram positiva51
  51. 51. Mecanismos de asimilación52
  52. 52. Macro y micronutrientes Elemento % en peso seco Fuente Función Macronutrientes Carbono 50 Componentes orgánicos o CO2 Constituyentes del material celular Oxígeno 20 H2O, componentes orgánicos, CO2, y O2 Constityentes del material celular y agua celular, el O2 es el aceptor de electrones de la respiración aeróbica. Nitrógeno 14 NH3, NO3, componentes orgánicos, N2 Constituyentes de los amino ácidos, ácidos nucléicos, nucleotidos, y coenzymas Hidrógeno 8 H2O, componentes orgánicos, H2 Constituyentes de compuestos orgánicos, aua celular. También importantes en la generación de energía como protones.. Fósforo 3 Fosfato inorgánico (PO4) Constituyentes de ácidos nucléicos, nucleoóidos, fosfolípidos, LPS, ácidos teichoicos. Micronutrientes Sulfuro 1 SO4, H2S, So, compuestos orgánicos Constituyentes de cysteina, methionina, sulfurados. glutathione y varias coenzymas Potasio 1 Sales de potasio Como cationes inorgánicos celulares y cofactor de ciertas enzymas. Magnesio 0.5 Sales de magnesio Catión celular inorgánico, cofactor de ciertas reacciones enzymáticas. Calcio 0.5 Sales de calsio Catión celular inorgánico, cofactor de ciertas enzymas y componenete de endosporas. Hierro 0.2 Sales de hierro Componente de cytochromos y otras proteínas adempás de cofactor de varias reacciones53 enzymáticas.
  53. 53. Elementos traza Elemento Ejemplo de función Cobalt Parte de la vitamina B12, que es usada para transportar grupos metilo. Zinc Rol estructural en muchas enzymas, incluido AND polimerasa. Mo Ciertas reacciones relacionadas con la asimilación de nitrógeno. Componente de nitrato reductasa y nitrogenasa. Cu Rol catalítico en varias enzymas, que reaccionan con el oxígeno, por ejemplo; Citocromo oxidasa. Mn Requerida por numerosas enzymas en sus centros catalíticos. Ciertas enzymas fotosintéticas usan Mn, para fragmentar al agua en oxígeno e hidrógeno. Ni Enzymas ligadas al metabolismos del monóxido de carbono, metabolismo de la úrea y metanogénesis.54
  54. 54. Medio de cultivo para Cyanobacterias Componente g/litro Propósito MgSO47H2O 0.075 Fuente de magnesio y azufre CaCl22H2O 0.036 Fuente de calsio NaCl 1.000 Fuente de sodio K2HPO4 0.030 Fuente de potasio y fosfato NaCO3 0.020 Fuente de carbono Citrato de amonio férrico 0.006 Fuente de Hierro Mezcla e micronutrientes 1 ml Fuente de micronutrientes Na2EDTA2H2O* 0.001 Agente quelante para prevenir la mineralización durante la esterilización. Ácidos cítrico 0.006 Agente quelante para prevenir la mineralización de los reactivos durante la esterilización.55
  55. 55. Mezcla de microelementos Componente g/litro H3BO3 2.86 MnCl24H2O 1.81 ZnSO47H2O 0.22 NaMoO42H2O 0.39 CuSO45H2O 0.079 Co(NO3)26H2O 0.04956
  56. 56. Medio de aislamiento para pseudomonas Component grams/liter Purpose Succinic acid 5.0 Carbon source. This source can not be used by fermenting microbes Na2HPO412H2O 6.0 Buffer to maintain pH, source of phosphorous KH2PO4 2.4 Buffer to maintain pH, source of phosphorus and potassium NH4Cl 1.0 Source of nitrogen MgSO47 H2O 0.5 Source of magnesium and sulfur CaCl26H2O 0.01 Source of calcium FeCl36H2O 0.01 Source of iron Agar 15.0 Solidifying agent57
  57. 57. HONGOSPenicillumAspergillumMucorCandida,RhodotorulaSporobolomycesPhanerochaetesChrysosporium
  58. 58. HONGOS Hongo ligninolítico Stereum hirsutum.59
  59. 59. ALGASUlvaChlamidomonasNostocAnabaena
  60. 60. ANABAENA
  61. 61. NOSTOC
  62. 62. Plantas Pasto elefante Esterilla. Junquillo Totora Kikuyo Lenteja de agua Nenúfar Lirio de agua63
  63. 63. Plantas acuáticas64
  64. 64. Plantas de pantano65
  65. 65. CAMPOS DE APLICACIÓN Tratamiento de residuos industriales Tratamiento de metales pesados Minería Tratamiento de suelos contaminados con pesticidas e hidrocarburos. Tratamiento de residuos agroindustriales. Generación de energía. Tratamiento de aguas residuales urbanas66
  66. 66. CAMPOS DE APLICACIÓN Tratamiento de residuos industriales Tratamiento de metales pesados Minería Tratamiento de suelos contaminados con pesticidas e hidrocarburos. Tratamiento de residuos agroindustriales. Generación de energía. Tratamiento de aguas residuales urbanas67
  67. 67. MÉTODOS EN MICROBIOLOGIA I. AISLAMIENTO Y CULTIVO DE MICROORGANISMOS PRINCIPIOS DE NUTRICIÓN MICROBIANA y MEDIOS DE CULTIVO Para crecer los microorganismos en el laboratorio se emplean medios de cultivo. Estos deben de poseer todas los nutrientes necesarios a las concentraciones adecuadas para permitir el crecimiento del microorganismo en cuestión. La materia viva está compuesta por: - C, O, N, H, P, S, K, Na, Ca, Mg (98%) - Cl, Fe, Mn, Co, Cu, Mo y Zn,68
  68. 68. MÉTODOS EN MICROBIOLOGIA I. AISLAMIENTO Y CULTIVO DE MICROORGANISMOS por lo que todos estos elementos deben estar disponibles para el microorganismo. Repasar forma de aportar los principales macronutrientes (C, O, N, P, S).69
  69. 69. Definiciones básicas Medio sintético o definido: compuesto por nutrientes químicamente definidos. Medio complejo o indefinido: contiene ingredientes de composición desconocida (v.g.: extracto de levaduras). Prototrofía: capacidad para sintetizar todos los compuestos orgánicos que se necesitan a partir de la principal fuente de carbono. Auxotrofía: incapacidad de sintetizar algún compuesto (v.g.: vitaminas).70
  70. 70. FACTORES QUE INCIDEN Concentración de contaminantes Disponibilidad de carbono y nutrirntes (NPK) Temperatura pH Humedad Conductividad Aireación Estimulantes Metales pesados Estructura del residuo y del suelo Tipo de residuo71
  71. 71. Temperatura Temperatura Determina la velocidad de crecimiento y puede también ser determinante sobre el tipo de microorganismos que ocupan un ecosistema. La velocidad de una reacción química es función de la temperatura, y sigue la Ley de Arrhenius: Log10 V= - AH + C  2.303RT72
  72. 72. Efecto de la temperatura73
  73. 73. Mínimos, óptimos y máximos de temperatura Bacterias Habitat Mínimo Óptimo Máximo Listeria monocytogenes Animales, suelo, vegetación, agua 1 30-37 45 Vibrio marinus Océano abierto 4 15 30 Stenotrophomonas maltophilia Suelo 4 35 41 Thiobacillus novellus Sitios donde existe sulfuro reducido 5 25-30 42 (muchos sitios) Staphylococcus aureus Piel 10 30-37 45 Escherichia coli Intestinos 10 37 45 Clostridium perfringens Suelo , alimentos 15 45 55 Streptococcus pyogenes Membranas mucosas 20 37 40 Anoxybacillus flavithermus Heiseres 30 60 72 Thermus aquaticus Fuentes cálidas 40 70-72 79 Methanococcus jannaschii Fuentes hidro-termales 60 85 90 Sulfolobus acidocaldarius Fuentes de sulfuro calientes y 70 75-85 90 reducidas Pyrobacterium brockii Fuentes hidrotermales 80 102-105 11574 Methanopyrus kandleri Fuentes hidrotermales 85 100 110
  74. 74. OXÍGENO De acuerdo a su respuesta frente al O2 las bacterias se clasifican como: Aerobias: dependen del O2- . Microaerófilas: prefieren concentraciones bajas (2% ). Anaerobias facultativas: utilizan O2 si está presente, pero pueden crecer en su ausencia Anaerobias: no pueden utilizar O2 . Pueden ser: estrictas: el O2 es tóxico aerodúricas o aerotolerantes: toleran el O2.75
  75. 75. Efecto del oxígeno76
  76. 76. Relación de los microorganismos con el oxígeno Organismo Habitat Relación de oxígeno Sulfolobus acidocaldarius Fuentes calientes de sulfuro Strict aerobe Acinetobacter calcoaceticus Piel Strict aerobe Bifidobacterium bifidum Intestinos humanos Strict anaerobe Methanosarcina barkeri Agua fresca, sedimentos marinos, digestores Strict anaerobe anaeróbicos. Magnetospirillum magnetotacticum Agua fresca y marina Microaerophile Campylobacter jejuni Superficies mucosas de animales y aves Microaerophile Bacillus licheniformis Ubiquitous Facultative anaerobe Enterobacter aerogenes Intestinos de animales , que consumen Facultative anaerobe alimentos calientes, agua fresca. Vibrio fischeri Agua marina, órganos luminosos de varias Facultative anaerobe especies marinas. Lactobacillus acidophilus Animalse y plantas que fermentan Aerotolerant anaerobe77 alimentos.
  77. 77. pH Debe ser adecuado y mantenerse durante todo el período de crecimiento. La fermentación de carbohidratos libera ác. orgánicos al medio, con la consiguiente acidificación y detención del crecimiento. La utilización de proteínas libera NH4 + al medio produciendo su alcalinización.78
  78. 78. Influencia del pH79
  79. 79. Influencia del pH Organismo Habitat Mínimo pH Óptimo pH Máximo pH Thiobacillus thiooxidans Areas ricas en sulfuro, 0.5 2.0-2.8 4.0-6.0 frecuentemente ácidos Sulfolobus acidocaldarius Fuentes de ácidos sulfúrico 1.0 2.0-3.0 5.0 Bacillus acidocaldarius Fuentes calientes acidificadas 2.0 4.0 6.0 Zymomonas lindneri Ambientes con alta concentración 3.5 5.5-6.0 7.5 de azúcares Lactobacillus acidophilus Animales, plantas, Roca degradada 4.0-4.6 5.8-6.6 6.8 Staphylococcus aureus Superficie de animales, cavidad 4.2 7.0-7.5 9.3 nasal, piel. Escherichia coli Intestinos de animales 4.4 6.0-7.0 9.0 Clostridium sporogenes Suelos y sedimentos que son 5.0-5.8 6.0-7.6 8.5-9.0 anaeróbicos. Erwinia caratovora Patógenos vegetales 5.6 7.1 9.3 Pseudomonas aeruginosa Cosmopolitas 5.6 6.6-7.0 8.0 Streptococcus pneumoniae Patógenos de animales 6.5 7.8 8.380 Nitrobacter spp. Cosmopolitas 6.6 7.6-8.6 10.0
  80. 80. Concentración de sales81
  81. 81. Halo-tolerancia Organismo Habitat Minimo de actividad acuosa para el crecimiento Caulobacter Agua fresca y marina 1.00 diluida Pseudomonas Ambientess con bajo nivel 0.91 salino Salmonella/E. coli Animales 0.91 Lactobacillus Animales y plantsa 0.90 Bacillus Suelo 0.90 Staphylococcus Animales 0.85 Halobacterium Lagos salados, mar 0.75 muerto82
  82. 82. OTROS FACTORES Potencial redox Radiación electromagnética CO2 Presencia de agua líquida Presión atmosférica, hidrostática y osmótica. El desarrollo de los microorganismos (cómo de cualquier ser vivo) se rige por dos principios: Ley del Mínimo de Liebig (1840). Ley de la Tolerancia de Shelford.83
  83. 83. AISLAMIENTO Para trabajar con un microorganismo en condiciones definidas en el laboratorio es necesario primero proceder a su aislamiento, es decir a separarlo del resto de las poblaciones con las que coexiste en la naturaleza. Para el aislamiento se de organismos utilizan medios sólidos (agar. Ventajas) o líquidos.84
  84. 84. MEDIOS SÓLIDOS Siembra (extensión o vertido) en placa. Separación e inmovilización de organismos de forma individualizada en un medio nutritivo sólido. Cada individuo al multiplicarse origina una colonia. Método: diluciones consecutivas de la muestra.85
  85. 85. MEDIOS LÍQUIDOS Solo utilizable para aislar la especie predominante en un cultivo mixto. Método de la dilución límite.86
  86. 86. MEDIOS SELECTIVOS Medios que favorecen el crecimiento de un microorganismo específico. Se emplean cuando el organismo que quiere aislarse se encuentra en forma minoritaria. Pueden utilizarse para: Enriquecer: medios líquidos que tienden a seleccionar los organismos de tasa de crecimiento más elevada entre todos aquellos que pueden hacerlo bajo las condiciones impuestas87
  87. 87. MEDIOS SELECTIVOS Aislar directamente: medios sólidos que permiten aislar colonias. Suelen llevar un inhibidor que impide el desarrollo de los demás microorganismos.88
  88. 88. CUANTIFICACIÓN DE MICROORGANISMOS Recuento de viables. Se utiliza una técnica similar al aislamiento en placa: diluciones seriadas y siembra en placas (30-300 bacterias/placa). Recuento de totales. Medida del número de células: 1. Directo mediante microscopio (cámaras de recuento de Newbaver). 2. Contador electrónico de partículas (contador de Coulter)89
  89. 89. CUANTIFICACIÓN DE MICROORGANISMOS Medida de la masa celular. Turbidimetría (densidad óptica). Se utiliza un colorímetro (Repasar la ley de Lamber- Beer: A=ebC, o log Ii/It = k*C). Es el método más utilizado. Peso seco90
  90. 90. Ecosistemas microbianos91
  91. 91. Fuentes termales marinas92
  92. 92. CINÉTICA MICROBIANACRECIMIENTO MICROBIANO“El crecimiento de células, microorganismos, células vegetales y animales, puede mirarse bajo dos aspectos o tipos de crecimiento reproductivo.a)      Células individuales o población de células en crecimiento sincronizado para estudio del ciclo de vida celular. Procesos en laboratorio.b)      División estocástica de la población, o división al azar.
  93. 93. CINÉTICA MICROBIANAMEDICIÓN DEL CRECIMIENTO MICROBIANO .El cálculo del número de células que existen en una suspensión se puede llevar a cabo mediante el recuento celular (microscopía, número de colonias), masa celular (peso seco, medida del nitrógeno celular, turbidimetría) o actividad celular (grado de actividad bioquímica con relación al tamaño de la población). Todos estos métodos se clasifican en dos apartados: métodos directos y métodos indirectos.
  94. 94. CINÉTICA MICROBIANAMétodos directos:¨       Recuento del número de células en una cámara Thoma¨       Peso seco celular¨       Determinación de nitrógeno o de proteínas totales¨       Determinación de DNA
  95. 95. CINÉTICA MICROBIANAMétodos indirectos:¨       Recuento de colonias en placa¨       Recuento sobre filtro de membrana¨       Consumo de oxígeno¨       Liberación de dióxido de carbono¨       Concentración de un enzima constitutivo¨       Decoloración de un colorante¨       Incorporación de precursores radiactivos¨       Medida de la turbidez
  96. 96. CINÉTICA MICROBIANAEl peso seco (contenido de sólidos) de las células bacterianas que se encuentran en una suspensión se obtiene por el secado de un volumen en un horno a 105°C hasta peso constante. Esta técnica es útil para grandes volúmenes de muestra, debido a que diferencias del orden de los miligramos representan el peso de un gran número de bacterias. La desventaja de este método es que componentes volátiles de la célula pueden perderse por el secado y puede existir alguna degradación. También la muestra seca puede recobrar humedad durante el pesado, principalmente si el ambiente tiene una humedad relativa alta.
  97. 97. CINÉTICA MICROBIANAPESO ESPECÍFICO ANHIDRO:ρ0 = Peso anhidro Volumen AnhidroPESO ESPECÍFICO A H% DE HUMEDADρk = Peso al H% de humedad Volumen al H% de humedadCuando la humedad es del 12 %,se llama peso específico normal
  98. 98. CINÉTICA MICROBIANA ABSORCIÓN: Cuando un haz de luz paralelo (colimado) golpea una partícula en suspensión, parte de la luz es reflejada, parte es diseminada, parte es absorbida y parte es transmitida. La nefelometría mide la luz dispersada por una solución de partículas. La turbidimetría mide la luz dispersada como un decrecimiento de la luz transmitida a través de la solución. Con relación a la longitud de onda y al tamaño de la partícula pueden existir tres tipos de dispersión. Los métodos de dispersión de la luz son las técnicas más utilizadas para monitorear el crecimiento de los cultivos bacterianos. Son muy útiles y poderosos pero pueden llevar a resultados erróneos. Principalmente, dan información sobre el peso seco (contenido macromolecular).
  99. 99. CINÉTICA MICROBIANATurbidimetría: La turbidimetría mide la reducción de la transmisión de luz debido a partículas de una suspensión y cuantifica la luz residual transmitida. Absorbancia en función del Peso Seco
  100. 100. CINÉTICA MICROBIANAAbsorbancia = K x Peso SecoK: constante que varía con la longitud de onda utilizada y representa la inversa del peso seco del microorganismo que produce un aumento de 10 veces en el valor de la absorbancia(1/W0).Peso seco: Concentración celular bacteriana expresada en unidades de peso seco (µg/ml-mg/ml).
  101. 101. CINÉTICA MICROBIANARECUENTO MICROSCÓPICO:Es una técnica común, rápida y barata que utiliza un equipamiento fácilmente disponible en un laboratorio de microbiología. Para estos recuentos se utilizan generalmente cámaras de recuentos, aunque también pueden realizarse a partir de muestras filtradas en membranas y transparentizadas o teñidas con colorantes fluorescentes (Naranja de acridina).Las cámaras más utilizadas son las de Hawksley y la de Petroff-Hausser. La primera tiene la ventaja que puede ser utilizada con objetivos de inmersión, aunque la mayoría de los recuentos se realizan con objetivos secos.
  102. 102. CINÉTICA MICROBIANACámara de recuento de Petroff-Hausser
  103. 103. CINÉTICA MICROBIANARecuento de microorganismos. Area Volumen Factor Tipo de cuadro [cm2] [ml] [1/Volumen] Cuadrado total 1.00 x 10-2 2.00 x 10-5 5.00 x 104 Cuadrado grande 4.00 x 10-4 8.00 x 10-7 1.25 x 106 Cuadrado pequeño 2.50 x 10-5 5.00 x 10-8 2.00 x 107
  104. 104. CINÉTICA MICROBIANACINÉTICA DE CRECIMIENTO DE UN CULTIVO INTERMITENTE
  105. 105. CINÉTICA MICROBIANA(1)      La fase logarítmica, 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.(2)      La fase exponencial.(3)      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.(4)      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.
  106. 106. CINÉTICA MICROBIANAEFECTO DE LA CONCENTRACIÓN DE SUSTRATO .la generación del producto se mantiene constante mientras la concentración del sustrato no sea limitante. Esto se definiría como [ES] = [Et] [S] [S] + (k2 + k -1) / k1La velocidad inicial de la reacción está determinada por v = k2 [ES]Si definimos KM como (k2 + k -1) / k1 y Vmax como k2 [Et], obtenemos que v = Vmax [S] / KM + [S]Esta es la ecuación de Michaelis-Menten.
  107. 107. CINÉTICA MICROBIANAEstos últimos dos parámetros son importantes, porque nos dan información directa sobre cuán bien el microorganismo se une al sustrato (KM) y sobre cuán bien el microorganismo convierte el sustrato en producto una vez se une (Vmax). De hecho, KM es la constante de disociación dinámica del microorganismo con el sustrato, y Vmax es la concentración molar del microorganismo por la constante catalítica (Kcat).
  108. 108. CINÉTICA MICROBIANARELACIONES MATEMÁTICAS:En un cultivo estático con crecimiento exponencial el tiempo de generación celular es equivalente al tiempo de generación del cultivo y viene dado por 1/k. En un quimiostato, el tiempo de generación en cultivo es la inversa del ritmo de crecimiento instantáneo de un cultivo, el cual se expresa por la siguiente ecuación diferencial: dx = μ x ó μ = 1 dx dt x dt
  109. 109. CINÉTICA MICROBIANADonde x es el número de células o la concentración del organismo (miligramos de peso seco por mililitro) a un tiempo t, y μ es el ritmo o velocidad de crecimiento instantáneo. Con la integración de la ecuación anterior entre los límites xo y xt, se obtienen la siguiente ecuación:ln xt -ln xo = μt o, como se expresa generalmente la solución, Xf = x o e μ t
  110. 110. CINÉTICA MICROBIANAPuesto que xf es también igual a 2kt xo, la relación entre k y μ puede derivarse combinando las dos ecuaciones: Xo e μ t = 2kt xoSuprimiendo los factores comunes, tomando logaritmo natural y despejando μ, se obtiene:μ = k(ln 2) = 0.693 kAsí, se puede calcular μ, el ritmo de crecimiento instantáneo para un quimiostato, multiplicando k por 0.693
  111. 111. TÉCNICAS EXISTENTES Aerobias (ex situ, e in situ) Bioventeo. Bioaumentación Bioestimulación Landfarming Compostaje En Fase líquida En Fase de lechada En fase sólida Fermentación112
  112. 112. TIPOS DE BIORREMEDIACIÓNTratamiento anarobio. En ausencia de oxígeno, produce gases indeseables como: metano, amoníaco, gas sulfhídrico, mercaptanos.Tratamiento aerobio. En presencia de oxígeno, produce gas carbónico, vapor de agua y compuestos simples inertes.
  113. 113. TECNICASIn situ. Son las aplicaciones en las que el suelo contaminado es tratado, o bien, los contaminantes son removidos del suelo contaminado, sin necesidad de excavar el sitio. Es decir, se realizan en el mismo sito en donde se encuentra la contaminación.
  114. 114. TECNICASEx situ.La realización de este tipo de tecnologías, requiere de excavación, dragado o cualquier otro proceso para remover el suelo contaminado antes de su tratamiento que puede realizarse en el mismo sitio (on site) o fuera de él (off site).
  115. 115. TRATAMIENTO VENTAJAS DESVENTAJAS  Son efectivos en cuanto a costos Requieren mayores tiempos deBIOLÓGICO   Son tecnologías más benéficas para el tratamiento ambiente  Es necesario verificar la toxicidad de  Los contaminantes generalmente son intermediarios y/o productos destruidos.  No pueden emplearse si el tipo de  Se requiere un mínimo o ningún suelo no favorece el crecimiento tratamiento posterior microbiano Son efectivos en cuanto a costos  Los residuos generados por técnicasFISICO-QUIMICO   Pueden realizarse en periodos cortos de separación, deben tratarse o  El equipo es accesible y no se disponerse: aumento en costos y necesita de mucha energía ni ingeniería necesidad de permisos  Los fluidos de extracción pueden aumentar la movilidad de los contaminantes: necesidad de sistemas de recuperación Permite tiempos rápidos de limpieza Es el grupo de tratamientos másTÉRMICO   costoso  os costos aumentan en función del empleo de energía y equipo  Intensivos en mano de obra y capital
  116. 116. RUTASLas rutas de biodegradación de los contaminantes orgánicos, varían en función de la estructura química del compuesto y de las especies microbianas degradadoras. El proceso de biorremediación incluye reacciones de oxido-reducción, procesos de sorción e intercambio iónico, e incluso reacciones de acomplejamiento y quelación que resultan en la inmovilización de metales
  117. 117. Tratamientos aerobiosCompostajeBiopilas.BioventeoLandfarming en plataforma cubiertaLandfarming en campo abierto.FitorremediaciónPiscinasReactores
  118. 118. COMPOSTAJEProceso biológico controlado, por el cual pueden tratarse suelos y sedimentos contaminados con compuestos orgánicos biodegradables, para obtener subproductos inocuos estables. El material contaminado se mezcla con agentes de volumen que son sustancias orgánicas sólidas biodegradables, adicionadas para mejorar el balance de nutrientes, así como para asegurar una mejor aireación y la generación del calor durante el proceso.
  119. 119. BIOPILASSon una forma de composteo en el cual, además de agentes de volumen, el sistema se adiciona con agua y nutrientes, y se coloca en áreas de tratamiento (que incluyen alguna forma de aireación y sistemas para colectar lixiviados). Las pilas de suelo generalmente se cubren con plástico para controlar los lixiviados, la evaporación y la volatilización de contaminantes, además de favorecer su calentamiento.
  120. 120. Limpieza de suelos con hidrocarburos SUELO Retiro material Retiro del Bombeo de Rehabilitación grueso suelo agua de espacios contaminado degradados Lavado Lavado del suelo Tendido de Adición de Forestación suelos tratados suelo fértil Diseño Hidrocarburo Agua Suelo Tratado paisajístico Destrucción Tratamiento Landfarming térmica121
  121. 121. BIOVENTEOEstimula la biodegradación natural de cualquier compuesto biodegradable en condiciones aerobias. El aire se suministra en el sitio contaminado a través de pozos de extracción, por movimiento forzado (extracción o inyección), con bajas velocidades de flujo, con el fin de proveer solamente el oxígeno necesario para sostener la actividad de los microorganismos degradadores
  122. 122. LANDFARMINGLa superficie del suelo contaminado es tratado en el mismo sitio por medio del arado. El suelo contaminado se mezcla con agentes de volumen y nutrientes, y se remueve periódicamente para favorecer su aireación. Las condiciones del suelo (pH, temperatura, aireación) se controlan para optimizar la velocidad de degradación y generalmente se incorporan cubiertas u otros métodos para el control de lixiviados.
  123. 123. Landfarming SUELOS Y LODOS ESTABILIZADOS Muestreo Adición de Adicción de Aireación y Control de nutrientes microorganismos humectación parámetros NPK y micro M/o Por volteo Normativa elementos autóctonos manual ambiental semanal Orgánicos Hongos Bacterias Disposición final124
  124. 124. FITORREMEDIACIÓNProceso que utiliza plantas para remover, transferir, estabilizar, concentrar y/o destruir contaminantes (orgánicos e inorgánicos) en suelos, lodos y sedimentos, y puede aplicarse tanto in situ como ex situ. Los mecanismos de fitorremediación incluyen la rizodegradación, la fito-extracción, la fitodegradación y la fitoestabilización.
  125. 125. BIORREACTORESPara tratar suelos heterogéneos y poco permeables, o cuando es necesario disminuir el tiempo de tratamiento, ya que es posible combinar controlada y eficientemente, procesos químicos, físicos y biológicos, que mejoren y aceleren la biodegradación. En el biorreactor de lodos, la degradación ocurre en fase acuosa, por m/o suspendidos o impregnados en la fase sólida.
  126. 126. Landfarming en plataforma Sistema aerobico de tratamiento biológico de residuos, que puede emplear dos procesos:1. Bioestimulación2. Bioaumentación
  127. 127. BIOESTIMULACIÓNImplica la circulación de soluciones acuosas (que contengan nutrientes y/u oxígeno) a través del suelo o sustrato contaminado, para estimular la actividad de los microorganismos autóctonos, y mejorar así la biodegradación de contaminantes orgánicos o bien, la inmovilización de contaminantes inorgánicos in situ
  128. 128. BIOAUMENTACIÓNConsiste en la adición de microorganismos vivos, que tengan la capacidad para degradar el contaminante en cuestión, para promover su biodegradación o su biotransformación. El tamaño del inóculo a utilizar, depende del tamaño de la zona contaminada, de la dispersión de los contaminantes y de la velocidad de crecimiento de los microorganismos degradadores.
  129. 129. COMPONENTESPlataformaEncapsulantesMateria orgánica (nutrientes)Residuos.Material de relleno.Personal.Manual de bioseguridad para las operaciones.
  130. 130. Encapsulantes Materiales que permiten atrapar contaminantes presentes en los residuos industriales tales como: metales pesados, hidrocarburos, materia orgánica.1. Biosoil2. Zeolitas3. Carbón activado.4. Cascarilla de arroz
  131. 131. Materia orgánica Residuos orgánicos tales como:1. Citricos (frutas en general)2. Hortalizas.3. Estiércol de ganado.4. Restos de forrajes.5. Restos de jardinería
  132. 132. COMPONENTESPlataformaEncapsulantesMateria orgánica (nutrientes)Residuos.Material de relleno.Personal.Manual de bioseguridad para las operaciones.
  133. 133. ResiduosSuelos contaminados con hidrocarburos.Lodos y residuos industriales.Lodos del tratamiento de aguas.Aceites y derivados de hidrocarburos.Residuos de actividades agropecuarias.Residuos químicosHerbicidas y pesticidas.
  134. 134. Material de relleno(esponjante)Cascarilla de arróz.VirutaAserrin.Musgo/líquenesRestos de coco y palmiste
  135. 135. Tratamiento de lodos y suelo Lodos y suelo Estabilización Deshidratación Tendido Biodegradación Adición de Camas Plataforma Zona de Landfarming BIOSOIL metálicas tratamiento Adición de Plataforma Terreno Piscina aserrín Lixiviados Tratamiento Adición de aguas Impermeabilización cascarilla136
  136. 136. AGUAS RESIDUALES Tratamien Decantadores to de aguas Lechos en Lechos de lijado Lechos en línea paralelo Filtración Biodegradación Anaerobia Lechos de pulido Aerobia Filtración Biodegradación Muestreo Normativa Disposición final ambiental137
  137. 137. Residuos de Lácteos Gloria Grasas Lodos del tratamiento de aguas Tratamiento Estabilización biológico de Tendido en grasas plataforma Adición de Adición de Adición de Humectación materia material pool de y aireación orgánica vegetal micro- organismos Microaspersión NPK orgánico Cascarilla Bacterias Riego por goteo Cítricos Aserrín Hongos Volteo verduras Vagaso manual semanal138 Desechos orgánicos
  138. 138. Derrame Exxon- Valdez139
  139. 139. EXPERIENCIAS PRÁCTICAS Tratamiento de Fluidos, cortes y ripios de perforación. Tratamiento de suelos contaminados con hidrocarburos. Tratamiento de residuos industriales Tratamiento de aguas negras urbanas y de camales. Tratamiento de residuos agroindustriales140
  140. 140. PROCESO TÍPICO Visita de campo Muestreo Identificación y aislameinto de microorganismos. Pruebas de biodegradabilidad. Preparación del pool bacteriano Reproducción masiva de m/o. Trabajos de biorremediación141
  141. 141. Operaciones de preparación142
  142. 142. Suelos en tratamiento143
  143. 143. SUELOS CONTAMINADOS CON HIDROCARBUROS  Sistema in situ  Sistema ex situ  Tratamiento anaerobio  Tratamiento aerobio. 1. Landfarming en plataforma. 2. Landfarming en piscinas144
  144. 144. DESCRIPCIÓN Estabilización de residuos Deshidratación Maduración Tendido y adición de materia orgánica en fermentación. Mezclado Control de parámetros Muestro Recirculación de lixiviados145
  145. 145. PROCESOVisita de campoMuestreoIdentificación y aislamiento de microorganismos.Pruebas de biodegradación.Preparación del pool bacterianoReproducción masiva de m/o.Trabajos de biorremediación
  146. 146. PROCESOSEstabilización de residuosDeshidrataciónMaduraciónTendido y adición de materia orgánica en fermentación.MezcladoControl de parámetrosMuestroRecirculación de lixiviados
  147. 147. Estabilización de residuosLos residuos se estabilizan con ayuda de sustratos especializados, que permiten su manejo seguro, que evitan su diseminación en el entorno.Los sustratos más utilizados son: Biosoil, guaspan, Humisol, y otros.
  148. 148. DESHIDRATACIÓNLos residuos húmedos, una vez estabilizados se someten a deshidratación en plataformas impermeabilizadas, camas metálicas.El excedente de humedad es recogido y almacenado en fosos para su tratamiento en el sistema de aguas residuales.
  149. 149. MADURACIÓNLos residuos estabilizados y deshidratados, se dejan en reposo o maduración por un tiempo aproximados de dos a tres semanas, para que los microorganismos presentes en el sistema, se adapten, y se inicien procesos naturales de oxidación y reducción, necesarios para el tratamiento biológico.
  150. 150. TENDIDO DE RESIDUOS Los residuos estabilizados se disponen en la plataforma de tratamiento, en forma uniforme. Se adicionan dos componentes:1. Materiales esponjantes, en relación 2-12. Materia orgánica (fuente de nutrientes y microorganismos), según las ecuaciones de balance de masas.
  151. 151. MEZCLAAl adicionar el material esponjante, se logra la creación de poros, que contribuyen a la aireación de los residuos y facilitan la biodegradación aeróbica.La mezcla debe ser lo más homogénea posible
  152. 152. ADICIÓN DE MATERIA ORGÁNICA La materia orgánica se adiciona triturada lo más finamente posible (2-1). Para mejorar su eficiencia debe estar en proceso de degradación natural. La materia orgánica aporta:1. Nutrientes,2. Microorganismos (hongos, bacterias, invertebrados).3. Micro elementos, como: Mn, Ca, B, Mg, Cu, Fe,etc.
  153. 153. INICIO DEL TRATAMIENTOUna vez mezclados los nutrientes con los residuos, se inicia el tratamiento de los residuos, por acción de los microorganismos presentes en los residuos, material esponjante, materia orgánica.
  154. 154. PARÁMETROS DEL PROCESOConcentración de contaminantesDisponibilidad de carbono y nutrientes (NPK)TemperaturapHHumedadConductividadAireación
  155. 155. PARÁMETROS DEL PROCESOMetales pesadosEstructura del residuo y del suelo
  156. 156. Concentración de contaminantesSi la concentración de contaminantes hidrocarburíferos, supera los 50000 TPHs, es necesario, partir la muestra de residuos en dos y adicionar igual volumen de material esponjante y materia orgánica. De esta forma facilitamos la activación bacteriana, que se inhibe bajo altas concentraciones de contaminantes.
  157. 157. NutrientesLa relación C, N, P, K debe ser 3-1-1. Fuentes de potasio son los residuos de crucíferas, tales como la col, brócoli, etc.Fuente de nitrógeno, son las proteínas vegetales de la materia orgánica, o también enmiendas químicos como el nitrato de potasio o úrea.
  158. 158. NutrientesLa fuente de fósforo, es el estiércol de ganado o la gallinaza; aunque también se puede emplear P2O5 o un abono fosforado.La fuente de carbono son todos los almidones y celulosa de la materia vegetal incluido los residuos a tratar.La fuente de azufre, es el hidrocarburo.
  159. 159. TemperaturaEl rango de temperatura óptimo para la biorremediación varía entre 37 a 50 ºC.Esto no significa que no haya actividad bacteriana por debajo y por encima de este rango, solo que la velocidad de la degradación disminuye sustancialmente.Se controla mediante medición, humectación y volteo manual.
  160. 160. pHLa biorremediación transcurre de mejor forma, en un medio moderadamente ácido, que varía entre 4,5 a 6,5.Si el pH se hace alcalino, esto es más de 7, se debe adicionar residuos de cítricos, que contienen ácido cítrico. Un alternativa es adicional un ácido orgánico en solución, como: Acético, láctico u oxálico.
  161. 161. HumedadLa humedad óptima del sistema de tratamiento debe variar entre 50-60%, la misma que se mide mediante un hidrómetro o mediante una retorta.Valores inferiores o superiores reducen la actividad bacteriana, prolongan los tiempos de tratamiento, encarecen el proceso.
  162. 162. ConductividadEsto es, la resistencia eléctrica del sustrato mediada en μS/cm, no debe superar los 2000, para que el proceso de biorremediación no se detenga. Esto ocurre cuando en el sistema se incorporan grandes cantidades de sales inorgánicas (cuando se usan abonos químicos como fuente de nutrientes).
  163. 163. AireaciónLa aireación es importante para garantizar el transcurso aeróbico de la biorremediación. Se realiza mediante volteo manual o mecanizado de los residuos en tratamiento, con una frecuencia de tres veces por semana.
  164. 164. Metales pesados Los residuos hidrocarburíferos contienen metales pesados que inhiben el crecimiento bacteriano, razón por la que estos deben ser aislados del sistema, mediante encapsulamiento, con ayuda de tamices moleculares como:1. Zeolitas2. Carbón activado.3. Cascarilla de arroz.
  165. 165. Cinética bacterianaEl control del crecimiento bacteriano, es vital para garantizar el progreso de la degradación de los contaminantes y su transformación en sustancias inocuas.Los parámetros de cinética bacteriana que controlar son: Tasa de crecimiento, tasa de Biodegradación, tiempo de vida media, balance de nutrientes.
  166. 166. Estructura del sustratoDurante todo el proceso se debe controlar la porosidad del sustrato, evitando su compactación y consecuente generación de condiciones anaeróbicas.
  167. 167. NORMAS DE SEGURIDAD Uso de equipos de protección personal, como:1. Guantes,2. Mascarilla,3. Delantal impermeable,4. Botas de caucho,5. Gorro
  168. 168. NORMAS DE SEGURIDADNo comer ni beber durante las operaciones.Lavado de manos y de las botas, antes de salir del área de tratamiento.Ventilar el área de tratamiento.Mantener el espacio inmediato limpio.Desinfectar los equipos y herramientas utilizados en los trabajos diarios.
  169. 169. NORMAS DE SEGURIDADUso de gafas o pantallas faciales. Cuando el sistema de tratamiento incluye bioaumentación.Restringir al acceso, solo a personal capacitado.Aplicar normativas de seguridad biológica.Control inmunológico del personal.
  170. 170. ESTUDIO DE CASO BIORREMEDIACIÓN DE LODOS INDUSTRIALES CAMPAMENTO BASE DE WEATHERFORD171
  171. 171. Residuos industrialesResiduos que se caracterizan por su elevado contenido de sustancias inorgánicas u orgánicas de elevada resistencia a la biodegradación y alta toxicidad para los ecosistemas.Este es el tipo de residuos que se trataron en la empresa Weatherford, que en el presente curso utilizamos como modelos de Gestión Integral de Residuos Industriales.
  172. 172. Estudio de casoGestión Integral de residuos industriales, Campamento Base de Weatherford (General Pipe), El Coca.Weatherford es una compañía de servicios petroleros dedicada al mantenimiento, limpieza, venta y reparación de tuberías y herramientas de perforación, con más de 18 años en el mercado nacional, acantonada en la Provincia de Orellana, junto al aeropuerto de la ciudad de El Coca.
  173. 173. AntecedentesEn el 2005, el departamento de QHSE de Weatherfor, en fiel cumplimiento a las disposiciones emanadas de las políticas ambientales de Weatherfor Internacional, inició un ambicioso programa de Gestión Integral de los Residuos Industriales generados en las actividades operativas del Campamento Base
  174. 174. AntecedentesCon la asistencia técnica de la Compañía Oilenergy, se implementó un sistema de tratamiento de aguas industriales y un sistema de gestión de residuos aceitosos mediante Landfarming.Realizó el Estudio de Impacto Ambiental de sus operaciones a solicitud del I. Municipio de El Coca.
  175. 175. AntecedentesRealizó modificaciones operativas, para reducir la generación de residuos.Emprendió un programa de capacitación ambiental y profesionalización de su personal.Introdujo desengrasantes biodegradables, para las operaciones de lavado de tuberías.
  176. 176. Campamento base
  177. 177. TALLERES Trampas Separación de Trampas fases “In Situ” ACEITE Diseño delFloculación AGUA Floculación sistema FILTRACIÓN de Gestión LODOS Sistema Móvil LODOS de Residuos Industriale s ALMACENAMIENTO Estabilización “Ex Situ” Almacenamiento Muestreo “ Ex Situ”Almacenamiento CunetaRelleno Landfarming Combustión Inyección
  178. 178. TALLERES Manejo deGuaipes Aceite- diesel Óxidos Otros residuos RecolecciónAlmacenaje Almacenaje Cisterna Reciclado deBiorremediación almacenamiento Compactación Incineración Transporte Cenizas Disposición Vaccum final Incineración Reinyección Relleno Cementera Oleoducto
  179. 179. Landfarming en PlataformaFue el sistema elegido para el tratamiento de residuos de hidrocarburos y otros residuos industriales generados en el Campamento Base.Al efecto se adecuó el área, anteriormente utilizada como zona de almacenamiento de residuos, por mas de 8 años.Se construyeron camas de maduración y posteriormente la plataforma de landfarming.
  180. 180. Residuos a tratar
  181. 181. Landfarming SUELOS Y LODOS ESTABILIZADOS Muestreo Adición de Adicción de Aireación y Control de nutrientes microorganismos humectación parámetrosNPK y micro elementos M/o autóctonos Por volteo manual Normativa ambiental Orgánicos Hongos Bacterias Disposición final
  182. 182. Camas demaduración
  183. 183. DESCRIPCIÓN Estabilización de residuos Deshidratación Maduración Tendido y adición de materia orgánica en fermentación. Mezclado Control de parámetros Muestro Recirculación de lixiviados
  184. 184. Estabilización de residuos
  185. 185. Camas demaduración
  186. 186. Adición de materia orgánica
  187. 187. Mezclado
  188. 188. Plataform a detratamient o
  189. 189. Vista de plataforma
  190. 190. Jardinerasparadisposiciónderesiduostratados
  191. 191. Jardín frente al casino
  192. 192. Frutos cultivados en residuos tratados
  193. 193. Producción hortícola
  194. 194. Tratamiento de aguasresidualesInicialmente se implementó un sistema móvil de tratamiento químico de aguas residuales.Posteriormente se construyó una planta de tratamiento de aguas en los espacios donde anteriormente se almacenaban los residuos aceitosos y las aguas de lavado de tubería.Se propuso un esquema de tratamiento, cuyos componentes se detallan en el diagrama de flujo.
  195. 195. Tratamiento de aguas AGUAS DE LAVADO Separación de fases Crudo AguaAlmacenamiento Precipitación Floculación Estabilización Clorinación de pH Transporte Vaccum Filtración Aireación Muestreo Disposición final Tratamiento Reinyección Lodos térmico Reuso Landfarming Alcantarilla
  196. 196. Aguas de lavado de tuberías
  197. 197. Aguas residuales a tratar
  198. 198. Aguasaceitosas
  199. 199. Aguas ácidas de chemplate
  200. 200. Sedimentos aceitosos
  201. 201. Aguas tratadas
  202. 202. Sistema de tratamiento de aguas
  203. 203. Planta detratamient o
  204. 204. RESULTADOS Residuos industriales:TPH = 97373 ppm a 1360 ppm, en 210 días Cortes y fluidos de perforaciónNO3 = 45000 ppm a 230 ppm en 37 días Suelos contaminados.TPH = 63366,30 ppm a 577,55 ppm en 176 días y en laboratorio en 42 días Residuos de tanques de combustiblesTPH = 409041,98 ppm a 217354,95 ppm en 32 días
  205. 205. Decremento de TPHs 101000 3 9737 91000 81000 7 7120 71000 61000mg/kg 51000 7 4739 41000 2 31000 3528 5 21000 2552 2459 6 8 1988 2 1559 6 1522 9 431 2 11000 1456 1 MA 1000 NO R 04 05 05 05 05 05 05 05 05 04 05 1/ 2/ 1/ 2/ 3/ 3/ 4/ 4/ 5/ 6/ 6/ /1 /1 /0 /0 /0 /0 /0 /0 /0 /0 /0 21 09 30 15 07 22 06 25 16 02 21 FECHA DE ENSAYO
  206. 206. TENDENCIA DE LOS TPHS DE MAYO 2006 HASTA AGOSTO 20071,4 601,2 50 1 Hidrocarburos Totales 400,8 LIMITE INF. 300,6 LIMITE SUP 200,40,2 10 0 ma l 0 ag io ri ero ag o yo rzo ma ose osto o dic ubre ab jun y re r ost bre ma oc re en feb b t iem em pti
  207. 207. TPHs en lixiviados 60 50 Datos Obtenidos 40 Limit. Permisi sinm g/L 30 impermeabilización de la base 20 Limit. Permisi. Con impermeabilización de 10 la base 0 09/11/200 29/12/200 17/02/200 08/04/200 28/05/200 17/07/200 4 4 5 5 5 5 FECHA
  208. 208. TENDENCIA DE EL PH EN LIXIVIADOS DE ENERO HASTA AGOSTO14 2512 2010 Potencial Hidrogeno 8 15 Limite suo 6 10 limite inf 4 5 2 0 0 ril io ro yo e bre ab jun re brma feb iem em pti dic se
  209. 209. TENDENCIA DE LA CONDUCTIVIDAD ELECTRICA DE ENERO HASTA AGOSTO9000 160008000 140007000 12000 Conductividad electica6000 100005000 LIMITE 80004000 LIMITE INF3000 60002000 40001000 2000 0 0 ma il ag io feb ro ag yo yo rzo r ma o pti o o dic tubre ab jun rer e brese ost ost oc re ma en b iem em
  210. 210. TENDENCIA DEL BARIO DE ENERO HASTA AGOSTO6 355 30 25 Bario4 20 LIMITE3 15 LIMITE INF2 101 50 ril 0 io ero yo rzo yo o o pti o dic re ab jun rer ost ost bre bre ma ma tub ma en feb ag ag iem em ocse
  211. 211. Cadmio en lixiviados 0,6 0,5 Datos obtenidos 0,4 Limit. Permisi. Sinmg/L 0,3 impermeabilización de la base 0,2 Limit. Permisi. Con 0,1 impermeabilización de la base 0,0 09/11/2004 29/12/2004 17/02/2005 08/04/2005 28/05/2005 17/07/2005 FECHA
  212. 212. TENDENCIA DEL CADMIO DE MAYO 2006 HASTA AGOSTO 20070,12 6 0,1 5 cadmio0,08 4 LIMITE0,06 3 LIMITE INF0,04 20,02 1 0 0 ril io ero yo rzo yo o se osto to dic re ab jun rer bre bre os ma tub ma ma en feb ag ag iem em oc pti
  213. 213. Cromo en lixiviados 12 10 Datos obtenidos 8 Limit. Permi. Sinmg/L 6 impermeabilización de la base 4 Limit. Permisi. Con 2 impermeabilización de la base 0 09/11/200 29/12/200 17/02/200 08/04/200 28/05/200 17/07/200 4 4 5 5 5 5 FECHA
  214. 214. TENDENCIA DEL CROMO DESDE MAYO 2006 HASTA AGOSTO 20071,2 12 1 100,8 8 cromo0,6 6 LIMITE0,4 4 LIMITE INF0,2 2 0 0 ril io ero yo yo rzo ose osto o dic re ab jun rer ost bre bre ma ma tub en ma feb ag ag iem em oc pti
  215. 215. TENDENCIA DEL VANADIO DESDE MAYO 2006 HASTA AGOSTO 20070,45 2,5 0,40,35 2 0,3 vanadio0,25 1,5 LIMITE 0,2 10,15 LIMITE INF 0,1 0,50,05 0 0 l io ri ero yo yo rzo o se osto dic bre o ab jun re r bre ost bre ma ma en ma tu feb ag ag iem em oc pti
  216. 216. Vanadio en lixiviados 3 Datos Obtenidos 2 2 Limit. Permisi. Sinmg/L impermeabilización 1 de la base Limit. Permisi. Con 1 impermeabilización de la base 0 09/11/200 29/12/200 17/02/200 08/04/200 28/05/200 17/07/200 4 4 5 5 5 5 FECHA
  217. 217. CONCLUSIONESConjunto de técnicas viables para tratar residuos.Sistemas prácticos y simples, de bajo costo.Los residuos orgánicos se pueden utilizar como fuente de carbono y nutrientes.Posibilidades de obtención de subproductos: energía, abonos, biomasa.Empleo de la biotecnología para mejorar los rendimientos.Weatherford es la empresa pionera en la Gestión Integral de Residuos Industriales.
  218. 218. RESULTADOS Residuos industriales: TPH = 97373 ppm a 1360 ppm, en 210 días Cortes y fluidos de perforación NO3 = 45000 ppm a 230 ppm en 37 días Suelos contaminados. TPH = 63366,30 ppm a 577,55 ppm en 176 días y en laboratorio en 42 días Residuos de tanques de combustibles TPH = 409041,98 ppm a 217354,95 ppm en 32 días219
  219. 219. Tasas de degradación de TPHs 5,000 4,500 4,000 3,500 Ue1 lnCo/C TPHs 3,000 Ue2 2,500 Ue2(2) 2,000 Ue3 1,500 Ue3(2) 1,000 0,500 0,000 0 8 15 22 32 tiem po (dias)220
  220. 220. Decremento de TPHs 101000 3 9737 91000 81000 7 7120 71000 61000 mg/kg 51000 7 4739 41000 2 31000 3528 5 21000 2552 2459 6 8 1988 2 1559 6 1522 9 431 2 11000 1456 1 MA 1000 NO R 04 05 05 05 05 05 05 05 05 04 05 1/ 2/ 1/ 2/ 3/ 3/ 4/ 4/ 5/ 6/ 6/ /1 /1 /0 /0 /0 /0 /0 /0 /0 /0 /0 21 09 30 15 07 22 06 25 16 02 21 FECHA DE ENSAYO221
  221. 221. Degradación de TPHs, laboratorio REDUCCIÓN TPH Ue2(2) Concentración ppm 70000 60000 50000 40000 Serie1 30000 20000 10000 0 04/06/2003 11/06/2003 18/06/2003 25/06/2003 09/07/2003 16/07/2003 02/07/2003 Tiempo222
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