Bacterias que purifican el agua transformándola en potable pdf
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Bacterias que purifican el agua transformándola en potable pdf Document Transcript

  • 1. Bacterias que purifican el agua transformándola en potableLos biorreactores de membranas (MBR) forman parte de una técnica de uso creciente para purificar el agua, segúnexplicó Sebastián Delgado Díaz , en una conferencia que impartió durante la semana de Fuerteventura en el Pabellón deCanarias de la Exposición Internacional de Zaragoza.Habló sobre su comparación con los sistemas convencionales y las tendencias actuales en el mercado internacional.Los biorreactores de membranas están compuestos por bacterias que se nutren de los contaminantes que contiene elagua, purificándola. Después, el proceso continúa con la separación de esos microorganismos del líquido. Tambiénpuede realizarse una filtración extra (ósmosis) para conseguir un agua de alta calidad.El nuevo sistema ocupa la mitad de espacio que uno convencional y cuenta con un mercado que crece de maneraexponencial. Ello se consigue bajando los costes de producción gracias a las economías de escala: a mayorproducción, menor precio y mejorando la calidad.Sebastián Delgado informó a los asistentes sobre el hecho de que Fuerteventura se encuentra a la cabeza de Canariasen el crecimiento de uso de aguas regeneradas. Se hace en los parques y jardines y los campos de golf. Aunque nadaobstaculiza su aplicación a la agricultura.En Canarias, el 57% del consumo de agua lo realiza la agricultura, el 31% es urbano y sólo un 9% turístico, “pese a laimportancia que tiene este sector para las Islas“, afirmó. En cambio, los recursos son en su mayoría subterráneos (60%)y sólo un 8% proceden de la reutilización. Este término se debe emplear cuando el agua se aplica en uso distinto deloriginario, como sería del caso de volver a aprovechar el agua de una vivienda para la agricultura.En la actualidad 1.100 millones de personas no tienen acceso al agua en el mundo y las proyecciones de futuro, para elaño 2025, estiman que 2.700 millones van a tener restricciones de acceso.FAQ De la Purificación Del AguaRetiro de sólidos disueltosLos microorganismos no son solamente una amenaza en el tratamiento del agua; pueden también seruna ventaja cuando se usan en procesos de depuración del agua. Pueden convertir contaminantesdañinos en sustancias inofensivas. Este proceso conlleva generalmente un tiempo largo y se utilizasolamente para el agua que está contamina con contaminantes que los microorganismos,generalmente bacterias, pueden convertir.¿Cómo se pueden las bacterias quitar del agua?Las bacterias y otros microorganismos se quitan del agua con la desinfección. Esto significa queciertas sustancias están disponibles para matar a las bacterias, estos se llaman biocidas. Ladesinfección se puede también hacer a veces con la UV-luz.¿Qué es el tratamiento aerobio del agua?Cuando las bacterias se utilizan para la depuración del agua hay dos clases de transferencia; una deestas es transferencia aerobia. Esto significa, que las bacterias dependen del oxígeno para convertirlos contaminantes del agua. Las bacterias aerobias solo pueden convertir compuestos cuando haymucho oxígeno presente, porque lo necesitan para realizar cualquier clase de conversión química.Generalmente los productos en los que convierten los contaminantes son dióxido de carbono y agua.¿Qué es el tratamiento anaerobio del agua?
  • 2. Cuando las bacterias se utilizan para la purificación del agua hay dos clases de conversión; uno deestos es transferencia anaerobia. Esto significa, que las bacterias que no son dependientes deloxígeno para convertir los contaminantes del agua. Las bacterias anaerobias pueden convertirsolamente cuando los niveles de oxígeno son bajos, porque utilizan otras clases de sustancias pararealizar la conversión química. Las bacterias anaerobias apenas producen el dióxido de carbono y elagua durante la conversión, sino gas metano. Esto se puede utilizar para mantener la maquinaria quesoporta el proceso de purificación. La conversión anaerobia de una sustancia requiere más pasos quela conversión aerobia, pero el resultado final es a menudo menos satisfactorio. Después de que elproceso anaeróbico con bacterias generalmente la conversión aeróbica (bacterias que utilizanoxígeno) necesita acabar el proceso, porque el agua no está bastante limpia todavía.¿Cómo se quitan los fertilizantes del agua?Los fertilizantes tales como fosfato se quitan a través de la adición de otro producto químico,generalmente hierro. Las sustancias se convierten en sólidos precipitados, de esta forma pueden serfiltrados del agua.El retiro del amonio y de los nitratos es un poco más complicado; es un proceso de la depuración querequiere conversión aerobia y anaerobia para quitarlos.En la etapa aerobia de la conversión hay dos especies bacterianas implicadas. Bacterias llamadasNitrosamonas que convierten el amoniaco a nitrito y las bacterias llamadas Nitrobacteras queconvierten el nitrito a nitrato después de las primeras.Aunque el nitrato no representa una amenaza directa para la salud de la mayoría de los pescados, losaltos niveles siguen siendo indeseables. Aparte de animar el crecimiento de las algas a extremosanormales, ahora se cree que los altos niveles del nitrato están implicados en enfermedades dealgunos pescados. Esto significa que el proceso no se puede parar aquí.Las bacterias anaerobias asumen el control; convierten el nitrato a nitrógeno atmosférico gaseoso.Este proceso ocurre solamente en ausencia de oxígeno. La primera etapa es al revés del proceso dela nitrificación, el nitrato es de nuevo convertido a nitrito. La segunda etapa de la desnitrificaciónconvierte el nitrito al gas del nitrógeno (N 2). Este gas se escapa libremente en la atmósfera sin causardaño ambiental.Bacterias que metabolizan contaminantesÁrea: Biología, Medio ambiente — Miércoles, 7 de Septiembre de 2005La agencia para la protección del medio ambiente de EEUU quiereun método para deshacerse de los percloratos disueltos en elagua.Éstos peligrosos contaminantes pueden ser eliminados conmétodos caros y complejos pero el Centro de BiotecnologíaAmbiental y el Instituto de Biodiseño han desarrollado una técnicaque podría solucionar el problema de manera sencilla y barata.El nuevo proceso utiliza bacterias que se “comen” el contaminantedel agua. Han conseguido aumentar la capacidad que ya tienenlas bacterias para metabolizar ciertos productos y ahora sealimentan del perclorato.El sistema se llama Reactor de biopelícula membranosa(membrane biofilm reactor o MBfR) y usa hidrógeno como donantede de electrones para reducir el perclorato a inocuos iones decloro (la sal común disuelta en agua contiene ese tipo de iones) yaguaEl sistema también redujo los nitratos, cloratos, arsenatos y DBCP de aguas contaminadas.Estos resultados fueron presentados en el 230 congreso nacional de la sociedad americana de química por Rittmann,Jinwook Chung, Reid Bowman (Applied Process Technology), and William Wright (California State University, Fresno).Biotecnología para limpiar derrames de petróleoSe trata de una técnica basada en la capacidad natural de los microorganismos de alimentarse de sustanciascontaminantes, y convertirlas en compuestos más sencillos y menos tóxicos. Por ejemplo, se han encontrado en lanaturaleza bacterias que se alimentan de petróleo. Este proceso natural se puede acelerar aportando nutrientes yoxígeno que facilitan la multiplicación de las bacterias, e incentivan su apetito.Esquema de bacteria. Foto: U. of WisconsinMadison
  • 3. En suelos de la Antártida, científicos de Argentina y España valiéndose de bacterias autóctonas a las que se las estimulócon nutrientes, como nitrógeno y fósforo, lograron acelerar el proceso de limpieza de suelos crónicamente contaminadospor hidrocarburos,Bacterias y limpieza del ambiente, o biorremediaciónExisten contaminantes para los cuales no se han encontrado aún microorganismos capaces de transformarlos. Laingeniería genética está buscando soluciones a este problema. Consiste en desarrollar microorganismos genéticamentemodificados (transgénicos) que sean mejores agentes de biorremediación.Para lograrlo se investigan nuevos organismos capaces de digerir compuestos tóxicos. Luego, se identifica el gen que lespermite cumplir con esa función, y se lo transfiere a otras bacterias que no lo poseen naturalmente. De esta forma, lasnuevas bacterias transgénicas actuarán sobre un abanico más amplio de residuos. Por ejemplo, se podrían obtenerbacterias capaces de eliminar residuos de cobre, plomo, cromo, cloro, o que degraden desechos industriales queactualmente no son biodegradables.BioremediaciónRemediación de la contaminación con hidrocarburosLa bioremediación surge como una rama de la biotecnología, que busca resolver los problemas de contaminación,mediante el uso de seres vivos (microorganismos y plantas), capaces de degradar compuestos que provocandesequilibrio en el medio ambiente, ya sea suelo, sedimento, fango o mar.Tipos de bioremediaciónEn los procesos de bioremediación, se emplean mezclas de ciertos microorganismos o plantas, capaces de degradar oacumular sustancias contaminantes, tales como metales pesados y compuestos orgánicos derivados de petróleo osintéticos.Básicamente, los procesos de bioremediación pueden ser de tres tipos:1. Degradación enzimáticaEste tipo de degradación consiste en el empleo de enzimas en el sitio contaminado con el fin de degradar las sustanciasnocivas. Las enzimas son verdaderos aceleradores de las reacciones de degradación, de naturaleza proteica, y seobtienen en cantidades industriales a partir de microorganismos (bacterias y hongos) que las producen naturalmente, opor microorganismos modificados genéticamente que son comercializados por las empresas biotecnológicas.Por ejemplo, existe un amplio número de industrias de procesamiento de alimentos que producen residuos quenecesariamente deben ser posteriormente tratados. En estos casos, se aplican grupos de enzimas que rompenpolímeros complejos para luego terminar de degradarlos con el uso de microorganismos. Un ejemplo lo constituyen lasenzimas lipasas (que degradan lípidos), que se usan junto a cultivos bacterianos para eliminar los depósitos de grasa delas paredes de las tuberías que transportan los efluentes.2. Remediación microbianaEn este tipo de remediación se usan microorganismos directamente en el foco de la contaminación. Los microorganismosutilizados en bioremediación pueden ser los ya existentes (autóctonos), en el sitio contaminado o pueden provenir deotros ecosistemas, en cuyo caso deben ser agregados o inoculados.La gran diversidad de microorganismos existentes ofrece muchos recursos para limpiar el medio ambiente y, en laactualidad, esta área está siendo objeto de intensa investigación.Existen, por ejemplo, bacterias y hongos que pueden degradar con relativa facilidad petróleo y sus derivados, benceno,tolueno, acetona, pesticidas, herbicidas, éteres, alcoholes simples, entre otros. Los metales pesados como uranio,cadmio y mercurio no son biodegradables, pero las bacterias pueden concentrarlos de tal manera de aislarlos, para quesean eliminados más fácilmente.3. Remediación con plantas (fitorremediación)La fitorremediación es el uso de plantas para limpiar ambientes contaminados. Aunque se encuentra en desarrollo,constituye una estrategia muy interesante, debido a la capacidad que tienen algunas especies vegetales de absorber,acumular y/o tolerar altas concentraciones de contaminantes como metales pesados, compuestos orgánicos yradioactivos.
  • 4. Se conocen alrededor de 400 especies de plantas con capacidad para hiperacumular selectivamente alguna sustancia.En la mayoría de los casos, no se trata de especies raras, sino de cultivos conocidos. Así, el girasol (Heliantus anuus) escapaz de absorber en grandes cantidades el uranio depositado en el suelo. Los álamos (género Populus) absorbenselectivamente níquel, cadmio y zinc. También la pequeña planta Arabidopsis thaliana de gran utilidad para los biólogoses capaz de hiperacumular cobre y zinc. Otras plantas comunes que se han ensayado con éxito, como posibles especiesfitorremediadoras en el futuro inmediato son la alfalfa, la mostaza, el tomate, la calabaza, el esparto, el sauce y el bambú.Incluso existen especies vegetales capaces de eliminar la alta salinidad del suelo, gracias a su capacidad para acumularel cloruro de sodio.En general, hay plantas que convierten los productos que extraen del suelo a componentes inocuos, o volátiles. Perocuando se plantea realizar un esquema de fitorremediación de un cuerpo de agua, o un área de tierra contaminada, sesiembra la planta con capacidad (natural o adquirida por ingeniería genética) de extraer el contaminante particular, yluego de un período de tiempo determinado, se cosecha la biomasa y se incinera o se le da otro curso dependiendo delcontaminante. De esta forma, los contaminantes acumulados en las plantas, no se transmiten a través de las redesalimentarias a otros organismos.Es importante aclarar que la utilización de plantas en los procesos de fitorremediación, deben ser planificados ycontrolados. De esta forma, los productos contaminantes que ellas acumulan, se transforman en sustancias no nocivasque vuelven al ambiente, o se acumulan en las plantas que se desechan, de forma tal que no pasan a la cadenaalimentaria y, en consecuencia, no perjudican a otros organismos que puedan alimentarse de estos vegetales.En el caso de la remediación microbiana, los microorganismos no actúan “intencionalmente” en beneficio del hombre,sino que incorporan las sustancias del entorno como el resto de los seres vivos, lo que les permite nutrirse y sobrevivir.La utilidad de los microorganismos, es producto del aprovechamiento que el hombre hace de ellos en beneficio propio.Incluso cuando las bacterias se transforman mediante técnicas de ingeniería genética para que actúen comodescontaminantes o para emplear las enzimas que producen con ese fin, las bacterias no hacen más que cumplir consus funciones vitales. Lo mismo ocurre con las plantas que pueden incorporar productos contaminantes y convertirlos enproductos inocuos.BiorremediaciónAl uso de los procesos biológicos para proteger y restaurar la calidad ambiental se le ha dado el nombre de Biotecnologíaambiental.La Biorremediación (1) es el uso de diversos organismos (fundamentalmente bacterias, hongos y diversos vegetales)para la reducción de la contaminación del aire o de los sistemas acuáticos o terrestres.Se utiliza la biorremediación para el tratamiento de aguas residuales, para descontaminar el aire o el agua, también paralimpieza de suelos que hayan recibido contaminantes.Los contaminantes que se tratan de limpiar son fundamentalmente hidrocarburos, procedentes sobre todo del petróleo.Asimismo se trata de eliminar o neutralizar los metales pesados e incluso residuos nucleares.Bacteria Pseudomona aeruginosa degradadota de HidrocarburosLos organismos que se utilizan (2) para estos fines están presentes en el medio. Tal es el caso de bacterias comoLactobacillus, Bacillus, Spirillum, Pseudomonas…o de hongos como Aspergillus, Penicillium, Candida, Mucor…Estos organismos se han utilizado para eliminar el vertido producido en el mar o en las playas como consecuencia demareas negras, tal es el caso de la limpieza de 10.000 m de playa del Parque Nacional de las Islas Atlánticas que sufrió
  • 5. los efectos de la marea negra del Prestige (3) . Este tipo de bacterias también fueron utilizadas en la limpieza de 110millas de playa en el vertido del Exxon Valdez en Alaska en Marzo de 1989. Estas bacterias eliminan los hidrocarburos aldigerirlos en su metabolismo.Marea negra del PrestigeTambién existen bacterias quimioautotróficas, que actúan a pH ácidos y temperaturas elevadas, que eliminan mineralessulfurados al utilizarlos como sustrato para la obtención de energía. Estas mismas bacterias pueden utilizarse en larecuperación de fósforo y de metales asociados a óxidos, para ello ha de generarse un medio ácido, para que lasbacterias puedan actuar.Existe una bacteria llamada Geobacter sulfurreducens (4), descubierta en 1994 por el Dr. Derek Lovlely que provoca laprecipitación de un gran número de metales, entre ellos algunos con radiactividad, como el Uranio, el Tecnecio y elCromo. Esto puede permitir su uso para descontaminar aguas contaminadas con sustancias radiactivas, ya que alprovocar su precipitación permite facilitar su descontaminación. Estas bacteria es especialmente abundante enambientes anaerobios subterráneos.Geobacter sulfurreducensOtro tipo de bacterias se utilizan para degradar los compuestos organoclorados (5) (compuestos complejos quecontienen Cloro en su composición, tal es el caso de los insecticidas DDT, Hexaclorobenceno(HCB), Ciclohexano(HCH)o de refrigerantes de transformadores eléctricos como los PCBs).Otra técnica que está en estudio, y en algunos casos ya aplicada, es la utilización de diversas plantas paradescontaminar suelos, aguas superficiales y aguas subterráneas; a esta técnica se la denominafitorremediación (6).Todos estos organismos son susceptibles de selección, de mejora y de manipulación mediante técnicas de ingenieríagenética. Esto plantea numerosas dudas e inquietudes debido al escaso conocimiento que se tiene de las interaccionesque puedan existir con los organismos modificados genéticamente, tanto entre sí como entre ellos y el medio. Debeexistir un control muy estricto de estos organismos cuando han sido manipulados mediante técnicas de ingenieríagenética dado que pueden competir de forma ventajosa con los organismos del medio desplazándolos, ocasionando conesto alteraciones en las redes tróficas. Asimismo existe el riesgo de que una proliferación de estos organismos puedacausar daños en las instalaciones humanas, de no existir controles, como es el caso de los depósitos de combustible,tanques de combustible, yacimientos de hidrocarburos… que puedan ser contaminados con bacterias devoradoras depetróleo.