Biorremediacion de mercurio

BIORREMEDIACIÓN DE LA CONTAMINACIÓN POR MERCURIO EN MINERIA INFORMAL José J. Guerrero Rojas Zoila Ortiz Gárate BIOMTEK Research EIRL esojgue@yahoo.comRESUMEN produciendo amalgamas, ha difundido su uso en la recuperación de estos metales, principalmente porLa minería informal, dedicada principalmente a la los llamados mineros artesanales.extracción de oro, es un consumidor intensivo demercurio, que al no ser manejado adecuadamente Adicionalmente, al aumentar su temperaturaorigina contaminación y deterioro tanto de cursos este metal produce vapores tóxicos y corrosivos,de agua como de los suelos donde se desarrollan más pesados que el aire, con lo que se conviertelas actividades extractivas. en un producto altamente dañino cuando es inhalado, ingerido o en contacto, produciendoEl mercurio suele presentarse de manera natural en irritación en piel, ojos y vías respiratorias.forma metálica, orgánica e inorgánica, siendo lasformas más comunes el mercurio elemental; sulfuro De acuerdo a la Agencia de Protección (10)de mercurio conocido como cinabrio; el cloruro de Ambiental de los Estados Unidos –USEPA , elmercurio; y metilmercurio. Históricamente, este mercurio elemental tiene una alta presión de vapormetal y sus productos son empleados con que provoca su evaporación hacia la atmósferapropósitos industriales, médicos y cosméticos. fácilmente convirtiéndolo en un riesgo respiratorio. De otro lado, el mercurio orgánico, particularmenteLos efectos tóxicos del mercurio, y particularmente el metil mercurio, es un potente neurotóxico capazel metilmercurio – la forma orgánica del metal, se de detener el desarrollo neurológico en fetos yevidencian por un retraso en el desarrollo niños pequeños asi como de causar daños en elneurológico en fetos y en niños pequeños, además sistema nervioso central de los adultos. Altasde provocar daños en el sistema nervioso central exposiciones al mercurio inorgánico dañaran elde los adultos. Hay que precisar que en zonas de tracto gastrointestinal, el sistema nervioso y losexplotación aurífera artesanal, cercanos a cursos riñones. Sin embargo, se debe señalar que losde agua, las personas resultan intoxicadas por el compuestos de mercurio inorgánico y orgánicoconsumo de pescados con metilmercurio. pueden ser absorbidos por el sistema gastrointestinal y afectar a otros órganos por esta Palabras clave: mercurio, vía, aunque las formas orgánicas son absorbidasbiorremediación, minería informal, Hg,descontaminación. AIRE Hg(0) Hg+2 CH3HgCH3INTRODUCCION PECES AGUA Hg(0) CH3HgCH3 Hg+2 3 CH Hg + El mercurio (Hg) o azogue es unmetal pesado plateado que a Hg(0) CH 3Hg + CH3HgCH3 SEDIMENTO Hg+2temperatura ambiente se presenta bajola forma de un líquido inodoro (no tiene Complejos org矣nicos e inorg nicos HgSolor). En la naturaleza, puede serencontrado en suelo, agua y aire, bajola forma de mercurio elemental (metálico), más fácilmente que las inorgánicas.inorgánico y orgánico. Las formas naturales máscomunes son el mercurio elemental, sulfuro de Por su parte, Von Canstein, et. al. (2002)mercurio o cinabrio, cloruro y metil mercurio. señala que los ciclos del mercurio en el ambiente son el resultado de actividades naturales y Su capacidad para formar aleaciones con humanas. Las actividades humanas másalgunos metales como el oro y la plata, responsables de las emisiones de mercurio lo Guerrero, 1 de 7

constituyen (i) la incineración de combustibles y producción de cables e interruptores eléctricos (63materiales que contiene mercurio y (ii) aquellos toneladas) seguido por el empleo en odontologíaprocesos industriales que utilizan celdas o células (35 toneladas) y los cloroalcalis con 14 toneladas;de mercurio como en la industria de los cloroalcalis. aunque el informe precisa que se registraba una disminución de casi el 50% en el uso de este metal Sin equipos apropiados que retengan el entre 1995 y el 2004.mercurio, este metal pesado es eliminado al medioambiente en cantidades importantes. Se debe Como ya se ha indicado, el mercurio y enprecisar que una vez que el metal ingresa en un especial sun forma orgánica – metilmercurio- escuerpo de agua, ya sea de manera directa o a una potente neurotoxina capaz de menoscabar eltravés del aire, la forma inorgánica puede ser desarrollo neurológico en fetos y en niñosmetilada, por vía biótica o abiótica a su forma más pequeños además de provocar daño en el sistemadañina: metilmercurio. Hay que indicar que este nervioso central de los adultos. Adicionalmente, lastóxico se biomagnifica fácilmente como parte de la altas exposiciones al mercurio inorgánico puedencadena alimenticia, poniendo en riesgo los dañar el sistema digestivo, el sistema nervioso y losecosistemas y la salud pública. riñones. Tanto el mercurio orgánico como el inorgánico son absorbidos vía el tracto Se debe señalar que el mercurio inorgánico gastrointestinal y desde aquí afectar a otrostambién puede hallarse en pequeñas cantidades en sistemas.algunos tipos de rocas (por ejemplo, granito yesquistos), así como en la vecindad de algunos De otro lado, el mercurio elemental puedevolcanes activos, donde los niveles del metal son ser origen de efectos negativos en la salud cuandoelevados. son aspirados bajo la forma de vapor y depositados en los pulmones. Esto puede ser consecuencia de Asimismo, se debe indicar que algunas una exposición a derrames de mercurio o a laactividades antropogénicas son responsables de ruptura de materiales que lo contienen y exponen allas emisiones de mercurio a la atmosfera. Entre metal al aire, particularmente en habitacionesellas, se puede citar a las centrales eléctricas a cálidas o pobremente ventiladas.base de carbón, las que en Estados Unidos son lasresponsables de más del 45% de todas las En zonas con presencia de mercurio enemisiones domésticas de mercurio. Hay que cuerpos de agua, las personas pueden verseseñalar que una vez que el mercurio se encuentra expuestas a cantidades toxicas de mercurio debidoen la atmósfera, puede diseminarse ampliamente y al consumo de pescado contaminado concircular por años. metilmercurio. La mayoría de cuerpos de agua naturales, Pero debemos tener en cuenta que laincluyendo superficiales y subterráneas, registran exposición al mercurio no puede limitarsede manera natural niveles muy pequeños del metal, exclusivamente, o mayoritariamente, al consumo demicrogramos por litro (µg/L), que dependen del tipo peces y otros alimentos contaminados sino tambiénde roca por donde fluye, habiéndose reportado a otras fuentes como las amalgamas dentales, usosniveles tan altos como 70 µg/L en aguas dulces. domésticos y a la emisiones provenientes delHay que destacar que el mercurio depositado en el quemado de carbón y a residuos mercuriales, asíagua tiene el potencial de ser convertido en como al contacto con mercurio en suelos, al minadometilmercurio, una forma del metal que esbioacumulable en peces y animales.USOS, QUIMICA Y TOXICOLOGIA Históricamente, se le conocenmúltiples usos ya sea con propósitosindustriales, medicinales y cosméticos. Enla actualidad, su empleo involucra laproducción de cloro-alcalis, en lafabricación de cables e interruptoreseléctricos, en instrumentos de medición ycontrol y en usos dentales. y recuperación de metales preciosos, entre otros. Según un estudio publicado por la US- Una problemática adicional lo constituyen las (10)EPA , el 2007, el mayor uso del mercurio en el emisiones de mercurio a la atmósfera producto deaño 2004 estuvo dirigido am la fabricación y la quema o incineración de productos a los que se Guerrero, 2 de 7

les ha añadido el metal – por ejemplo, baterías, obtuvo en Madre de Dios. El 2004, la extracciónamalgamas dentales, termómetros, productos artesanal de oro fue del 9% del total del oroquímicos de laboratorio, ciertos interruptores producido en el país.eléctricos (como en termostatos y bombas,pinturas, y más recientemente los llamados focos El principal método de uso del mercurio en laahorradores, entre otros – como parte de su minería informal es mediante la amalgamación, unproceso de fabricación. proceso que involucra la mezcla del metal con arenas auríferas para formar un producto que es Según el reporte de The Mercury Project recuperado a manera de un botón metálico.(2009) alrededor del 50% del consumo mundial de Posteriormente, el “botón” de oro-mercurio esmercurio se destina a la fabricación de estos sometido a calor para vaporizar el mercurio y dejarproductos anualmente y que mucho del metal el metal precioso en el fondo del recipiente.termina en la corriente de desechos, la mayoría delos cuales termina siendo incinerado. TECNICAS DE REMEDIACION En el informe se indica que el mayor La literatura reporta la existencia decontribuyente de estas emisiones de mercurio a la numerosas tecnologías que permitan el tratamientoatmósfera son los procesos de incineración de de mercurio, entre las que se indican ladesechos, entre los que se cuentan los desechos precipitación; coagulación/coprecipitación, y lamédicos, los municipales y los peligrosos, así como adsorción con carbón activado. Adicionalmente, seel quemado de lodos de aguas residuales tiene el intercambio iónico que históricamente hamunicipales, de vertederos y la quema a cielo estado limitado al uso de resinas aniónicas paraabierto. procesar aguas residuales industriales con contenido de mercurio inorgánico. Cuando cualquier desecho que contienemercurio es incinerado, la mayor parte del metal es Otras tecnologías incluyen la reducciónvaporizado durante el proceso de combustión y de química, separación por membranas, tecnicasdependiendo de la naturaleza de los equipos de emergentes como adsorción de macrociclos,control de emisiones al aire, una parte del mercurio extracción por membranas y el tratamientoes eliminada a la atmósfera mientras que la biológico.restante es retenida en las cenizas o en otrosresiduos de combustión. Mucho de este mercurio A continuación, veamos algunas de estasen la atmósfera retorna a la tierra por arrastre de tecnologías:las lluvias o por deposición seca. Solidificación/Estabilización (in situ o ex Se debe tener presente que una vez situ)liberado, el mercurio puede persistir en el ambiente, Es la tecnología más frecuentementedonde circula entre aire, agua, sedimentos, suelo y utilizada para el tratamiento de suelos y desechosbiota en diversas formas. contaminados. La literatura reporta que esta tecnología ha sido empleada para lograr niveles deMERCURIO EN PERU Y MINERIA INFORMAL limpieza establecidos por la regulación, y es disponible comercialmente para el tratamiento de Brooks, W.E., Sandoval, E., Yepez, y M.A., suelo y residuos, y genera un residuo que (1)Howell H., 2007 , señalan que en Sudamérica el usualmente no requiere tratamiento posterior antesmayor uso del mercurio está dirigido a la minería de su disposición final.artesanal además de la producción de cloroalcalis,amalgama dental, entre otros usos. Lavado de suelos / Extracción ácida (ex situ) En el Perú, el uso del mercurio en laextracción artesanal de oro data desde la época Utilizada en primer lugar para tratar suelosMoche. En el período comprendido entre 1990 y con bajos contenidos de arcilla ya que estos1999 la producción de oro artesanal alcanzó un tienden a separarse en finas fracciones altamenteaproximado de 20 toneladas por año del metal, contaminadas. Es poco efectivo para suelos consegún estadísticas del Ministerio de Energía y altos contenidos orgánicos, porque la fracciónMinas. orgánica interfiere con la eliminación del contaminante. En el presente siglo, en el 2001aproximadamente el 17% de la producción total de Tratamiento Térmico (ex situ)oro provino de la minería artesanal a partir de vetasy ocurrencias aluviales, y de este total, el m70% se Guerrero, 3 de 7

Igual que la deserción térmica o “retortado”, medios donde se encuentran. Los mecanismos deusado para rutinariamente para tratar residuos esta resistencia se encuentran codificadas enmédicos e industriales que contienen mercurio, genes que les permite modificar la formapero no es adecuado para suelos con alto contaminante – usualmente el metilmercurio – ycontenido de arcilla o materia orgánica y requiere el transformarlo en una forma menos tóxica o entratamiento de gases mercuriales. mercurio elemental. Adicionalmente, puede presentarse una acumulación o retención del Vitrificación (in situ o ex situ) químico en la biomasa microbiana. Puede ser empleado cuando una De otro lado, en los últimos tiempos existecombinación de contaminantes está presente y que una tendencia a realizar mejoramiento genético ano pueden ser tratados usando solo ciertas especies vegetales (transgénicos) para quesolidificación/estabilización. También se emplea presenten la capacidad de tolerar altaspara desechos con alto contenido de materia concentraciones de mercurio en el suelo y eliminar (5, 11)orgánica. – o disminuir – su capacidad tóxica . Entre las especies vegetales a la que se le ha insertado esta Precipitación / coprecipitación capacidad está Arabidopsis thaliana, gracias a la inclusión y expresión del gen MerA, mostrando que La tecnología más frecuentemente usada no sólo es capaz de absorber y concentrar ionespara el tratamiento de aguas contaminadas. La mercurio sino también reducirlo a un mercurioefectividad de este proceso no se ve afectada por elemental menos tóxico.la presencia de características o contaminantes queafectan a otras tecnologías. Aunque requiere Tratamiento Microbianooperadores calificados es un proceso más efectivoa gran escala. De Jaysankar y N. Ramaiah(3) precisan que las observaciones sobre la presencia y distribución Adsorción de bacterias nativas capaces de tolerar altas concentraciones de metales es de vital importancia Es un método que puede verse afectado por en la ecología microbiana para entender en toda sulas características del medio y de los extensión la contaminación por metales así comocontaminantes cuando se lo compara con el reflejar la habilidad de estas formas nativas paratratamiento anterior. Los sistemas pequeños que sobrevivir en ambientes extremos y conoceremplean esta tecnología suelen tener bajos costos además sus funciones metabólicas que expliquenoperativos y de mantenimiento. La adsorción se este comportamiento.usa con mayor frecuencia en situaciones en las queel mercurio es el único contaminante a ser Los investigadores indican que muchaseliminado, para sistemas relativamente pequeños. actividades humanas tienen un impacto negativo sobre varios procesos biológicos y no hay duda de Filtración de Membrana que estos continuarán afectando el normal funcionamiento de ecosistemas altamente Efectivo para el tratamiento de mercurio pero productivos. Por ello es importante obtenersu uso es menos frecuente debido a que su costo información valiosa sobre la presencia detiende a ser elevado y produce un gran volumen de organismos procarióticos heterotróficos yresiduos que las otras tecnologías. Es muy sensible resistentes al mercurio y de su adaptación quea una variedad de contaminantes y características permitirán entender el ciclo biogeoquímico delpresentes en el agua sin tratamiento. Se debe mercurio y luego aplicar este conocimiento para elprevenir el taponamiento de la membrana por la tratamiento de áreas contaminadas o con elevadaspresencia de solidos suspendidos, compuestos concentraciones del metal.orgánicos, coloides, entre otros. Las bacterias resistentes al mercurio (MRB –BIORREMEDIACIÓN Mercury-resistant bacteria) están ampliamente distribuidas en la naturaleza, totalizando Ya sea in situ o ex situ, la biorremediación de aproximadamente entre el 1- 10% del total demercurio ha probado ser una tecnología efectiva bacterias heterotróficas aeróbicas. Pueden serpara el tratamiento de la contaminación con este aisladas si enriquecimiento previo, sin embargo,metal. cepas más resistentes son más abundantes en ambientes contaminados con mercurio, donde El proceso se basa fundamentalmente en la hasta el 50% puede desarrollar en agar nutrientecapacidad de ciertos grupos biológicos de soportar con concentraciones tan altas como 50 µM (10altas concentraciones de mercurio presentes en los ppm) Hg[II], mientras que las cepas sensibles solo Guerrero, 4 de 7

pueden tolerar, en el mejor de los casos, hasta 1µM en el medio de cultivo. La presencia de MRB estáfrecuentemente correlacionada con el nivel decontaminación mercurial en un ambiente,aunque también pueden ser aisladas enambientes no contaminados. Mecanismos de biorremediación (4) Los microorganismos pueden sobrevivir aelevadas concentraciones de sales mercurialesdebido a diferentes mecanismos. Reducción enzimática a Hgº yvolatilización El mecanismo más común de resistenciaal mercurio en las bacterias es la reducciónenzimática de iones de mercurio bivalente (Hg2+)a su forma elemental (Hgº) por la flavoenzimacitoplasmática mercurio-reductasa. El primero de ellos, es la reducción enzimática y volatilización de mercurio debido a la El mecanismo común de destoxificación de presencia del determinante de resistencia aHg2+ en todos los determinantes de resistencia al mercurio Tn5073. El segundo mecanismo, es lamercurio en bacterias Gram negativas es el 2+ 2+ precipitación aeróbica de Hg como HgS insolubletransporte de iones Hg hacia el citoplasma como resultado de la producción de H2S. La terceraseguido de su reducción a la forma de mercurio ruta es la biomineralización de Hg2+ como unelemental, Hgº. El transporte o captura de mercurio complejo mercurio-azufre insoluble mas que comose debe al transportador específico MerT (y en HgS, debido probablemente a la producciónalgunos casos a los transportadores auxiliares aeróbica de un compuesto thiol volátil.MerC y/o MerF). El mercurio elemental parece sereliminado por difusión pasiva desde la célula bajo Metilmercurio: Biorremediacióncondiciones fisiológicas normales. La consiguientevolatilización del mercurio remueve este material (8) Omichinski, J.G. señala que las actividadesdel ambiente circundante antes de que ocurra una humanas como la quema de carbón han producidore-oxidación. toneladas de mercurio iónico que es rápidamente convertido a metilmercurio por microbios presente Formación de HgS insoluble en los sedimentos. Esta contaminación es peligrosa debido a que el metilmercurio se acumula en los El sulfuro de mercurio (HgS) puede formarse tejidos vivos, donde es altamente tóxico. 2+por la reacción directa de Hg con el Hg2Sproducido anaeróbicamente por la bacteria La toxicidad del metilmercurio fue observadaClostridium cochlearium; aunque también se por primera vez a gran escala en Japón durante losreporta la capacidad de Klebsiella aerogenes de años cincuenta debido al consumo de pescadoproducir HgS cuando se lo cultiva de manera contaminado de la bahía de Minamata. Lacontinua en un ambiente aeróbico. contaminación la causó una fabrica de productos químicos cercana que descargaba altas Remoción de mercurio en aguas residuales concentraciones de mercurio iónico y que fue convertido en metilmercurio y se acumuló en los Las bacterias también presentan la peces.capacidad de remover el mercurio presente en Bacterias especializadas pueden desarrollaraguas residuales. Las investigaciones(4) reportan de manera natural en ambientes contaminados conque la capacidad de Klebsiella pneumoniae de metilmercurio debido a que on capaces de producirusar tres distintos mecanismos para la remoción de la enzima degradadota de metilmercurio llamadamercurio. MerB. Debido a su única habilidad de romper los enlaces mercurio-carbono, la enzima MerB es crucial en los esfuerzos para limpiar este compuesto de cursos de agua contaminadas. Guerrero, 5 de 7

mercurio elemental (Hgº), el que posteriormente es Debemos indicar que cepas selectas de evaporado de la célula.bacterias son resistentes a compuestos mercurialesdebido a la adquisición de un elemento En este contexto, se han transformadogenéticamente transferible conocido como el plantas de Arabidopsis thaliana incorporándoles eloperon mer, un dedicado conjunto de genes gen merA con la finalidad de desarrollar plantasresistentes al mercurio que son autorregulados por resistentes y volatilizadotas de mercurio, lo que sela proteína MerR enlazada al ADN. Las bacterias logró modificando el gen.resistentes al mercurio iónico y el metilmercuriocodifican proteínas que regulan el transporte de Las investigaciones han demostrado que lasmercurio (MerA, MerP y MerT) y la degradación del plantas que llevan el gen merA modificado sonmetal (MerA y MerB). capaces de extraer, secuestrar y descontaminar los contaminantes mercuriales. Estas características también han sido expresadas en plantas de tabaco (Nicotiana tabacum) y otras especies. Las plantas genéticamente modificadas o transgénicas – volatilizadotas de mercurio – podrían ser incorporadas dentro de una nueva categoría de tecnologías de remediación ambiental ofreciendo una alternativa más amigable, poco costosa y sostenible. BIBLIOGRAFIA 1. Biosphere, 2003, “Designer Plants” That Could Clean Up Heavy Metals at Waste Sites; BioSphere, the magazine of the UCSD Division of Biological Sciences, Winter 2003-04, page 17. 2. Brooks, William E.; Esteban Sandoval; Miguel A. Yepez; y Howell Howard, PERU MERCURY INVENTORY 2006 Open File Report 2007–1252; U.S. Department of the Hay que indicar que los compuestos de Interior U.S. Geological Survey.mercurio son tóxicos debido a que se enlazan muy 3. De Jaysankar y N. Ramaiah; 2006,fuertemente a los grupos thiol presentes en las Occurrence of large fractions ofproteínas. El sistema mer explota esta propiedad al mercury-resistant bacteria in the Bay ofunirse al enlazarse a los compuestos mercuriales Bengal; Current Science, Vol. 91, No. 3, 10que tienen una gran afinidad por los residuos de August 2006.cisteína que contienen grupos thiol. 4. Essa, A. M. M.; L. E. Macaskie y N. L. Brown, 2002, Mechanisms of mercury Estos grupos thiol son críticos no sólo para bioremediation, Biochemical Societylas reacciones enzimáticas de MerA y MerB sino Transactions (2002) Volume 30, part 4también por la transferencia directa del mercurio 5. Guerrero, JJ; Ortiz, Z.; 2010.iónico entre miembros del sistema mer, Biorremediación de Cianuro y Mercuriominimizando la posibilidad de unión de los en Minería Aurífera; JOSCAJD Prensa &compuestos de mercurio a otras proteínas dando Comunicaciones (eds), 200pp.lugar a la toxicidad. 6. He Yu Ke , Jian Ge Sun, Xian Zhong Feng, Mihaly Czakó, László Márton, 2001, Una tendencia está dirigiendo la Differential mercury volatilization byinvestigación al empleo de algas microscópicas en tobacco organs expressing a modifiedel tratamiento de la contaminación por mercurio. bacterial merA gene, Cell Research (2001); 11(3):231-236, http://www.cell- (6) Plantas genéticamente modificadas research.com 7. Jaysankar De, 2004, Mercury-resistant La modificación de algunas especies de marine bacteria and their role inplantas mediante la inserción del gen merA de bioremediation of certain toxicants, PhD 2+Escherichia coli que cataliza la reducción de Hg a Thesis, National Institute of Oceanography, India, 230pp. Guerrero, 6 de 7

8. Omichinski, James G.; 2007, Toward Methylmercury Bioremediation, Science Vol 317, 13 July 2007, pp 205 – 2069. The Mercury Policy Project, Reducing global emissions from burning mercury- added products; pp 87. En: http://www.zeromercury.org/International_d evelopments/FINAL_MercuryRising_Feb20 09.pdf10. US-EPA, 2003, A Compendium of Chemical, Physical and Biological Methods for Assessing and Monitoring the Remediation of Contaminated Sediment Sites, February 17, 2003.11. US-EPA, 2007, Treatment Technologies for Mercury in Soil, Waste, and Water, August 2007.12. US-EPA; 1997; GEPA Capsule Report: Aqueous Mercury Treatment; EPAl625lR971004; July 1997.13. von Canstein, Harald; Sven Kelly; Ying Li; y Irene Wagner-Döbler1, 2002, Species Diversity Improves the Efficiency of Mercury-Reducing Biofilms under Changing Environmental Conditions, APPLIED AND ENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY, June 2002, p. 2829– 2837 Vol. 68, No. 6. Guerrero, 7 de 7

Biorremediacion de mercurio

by José J GUERRERO ROJAS on Nov 24, 2010

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