Biorremediación

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA
SALESIANA
BIOTECNOLOGÍA DE LOS
RECURSOSO NATURALES

BIORREMEDIACIÓN
PRINCIPIOS Y TÉCNICAS
1

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

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

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

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 residuos

5

HISTORIA
Economía de mercado
Globalización de la economía.
Problemas ambientales globales

6

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

COMPONENTES
Contaminantes.
Metodología de tratamiento.
Microorganismos capaces de biodegradar
xenobioticos.
Metodologías de análisis
Normas de Bioseguridad de laboratorio.
Normas de Bioseguridad ambiental
Marco Legal

8

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 residuales

9

METODOLOGÍAS DE
TRATAMIENTO
 Aerobias (ex situ, e in situ)
 Bioventeo.
 Bioaumentación
 Bioestimulación
 Landfarming
 Compostaje
 En Fase líquida
 En Fase de lechada
 En fase sólida
 Fermentación

10

MICROORGANISMOS
1. Bacterias
2. Hongos
3. Algas

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BACTERIAS
Pseudomonas, corinebacterias y
micobacterias
Pseudomonas, Achromobacter,
Arthrobacter, Micrococcus, Nocardia,
 Vibrio, Acinetobacter,
Brevibacterium,
Corynebacterium,
Flabobacterium,

BACTERIAS
Rhodococcus sp.
Stenotrophomonas maltophilia
Stenotrophomonas sp,
Pseudomonas sp,

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Bacterias
Pseudomonas, corinebacterias y micobacterias
Pseudomonas, Achromobacter,
Arthrobacter, Micrococcus, Nocardia,
 Vibrio, Acinetobacter,
Brevibacterium,
Corynebacterium,
Flabobacterium,

15

Clasificación bacteriana

18

VARIEDADES MORFOLÓGICAS
Morfología bacteriana

Esféricas Bastonadas Curvas Filiformes

Micrococos Bacterias Vibriones Sulfobacterias

Diplococos Bacilos Espirilos Ferrobacterias

Sarcinas Clostridioss Espiroquetas Rikettsias

Estreptococos

Tetracocoss

Estafilococos
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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

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

BACTERIAS FOTOSINTÉTICAS
Existen tres grupos de bacterias Gram-
fotosintéticas:
1. Cianobacterias.
2. Bacterias rojas.
3. Bacterias verdes

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 Escasa

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CIANOBACTERIAS
Géneros:
Sin heterocistes: Oscillatoria y Spirulina
Con heterocistes: Anabaena.

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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.

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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

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

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

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, Thiomicrospira

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

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

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

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

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.

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

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

BACTERIAS GRAM-
ANAEROBIAS
I. BACTERIAS FERMENTADORAS
Anaerobias estrictas, metabolismo
exclusivamente fermentativo. Grupo filogenético
independiente (Phylum Bacteroidetes, gen.
Bacteroides; Phylum Fusobacteria, gen.
Fusobacterium).

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 S0

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

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

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

Fam. V. Leoconostocaceae
Gen. Leuconostoc
Fam. VI. Streptococcaceae
Gens. Streptococcus (S. pneumoniae , S.
pyogenes); Lactococcus (L. lactis, L.
cremoris)

42

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 del
43 suelo donde degradan muchos compuestos.

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

ARQUEAS
METANOBACTERIAS
Methanobacteriales, v.g. Methanobacterium
Methanococcales, v.g. Methanococcus
Methanomicrobiales, v.g. Methanospirillum
Methanosarcinales, v.g. Methanosarcina,
Methanosaeta

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

ARQUEAS
ARQUEOBACTERIAS TERMOFILAS
DEPENDIENTES DEL AZUFRE.
Todas obtienen energía reduciendo u oxidando
azufre. Son quimiolitoautótrofas, mixótrofas o
heterótrofas.
Thermococcus.
Thermoproteus, Desulfurococcus.
Sulfolobus, Acidianus.

47

Bacterias Gram negativas Bacillus
cereus

48

Bacterias Gram positivas
Serratia marcescens .

49

Pared celular Gram negativa

50

Pared celular Gram positiva

51

Mecanismos de asimilación

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 reacciones
53 enzymáticas.

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

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

Mezcla de microelementos
Componente g/litro

H3BO3 2.86

MnCl24H2O 1.81

ZnSO47H2O 0.22

NaMoO42H2O 0.39

CuSO45H2O 0.079

Co(NO3)26H2O 0.049

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 agent

57

HONGOS
Penicillum
Aspergillum
Mucor
Candida,
Rhodotorula
Sporobolomyces
Phanerochaetes
Chrysosporium

HONGOS
Hongo ligninolítico Stereum hirsutum.

59

ALGAS
Ulva
Chlamidomonas
Nostoc
Anabaena

Plantas
Pasto elefante
Esterilla.
Junquillo
Totora
Kikuyo
Lenteja de agua
Nenúfar
Lirio de agua

63

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 urbanas

66

CAMPOS DE APLICACIÓN
Tratamiento de metales pesados
Minería
Tratamiento de suelos contaminados con
pesticidas e hidrocarburos.
Tratamiento de residuos agroindustriales.
Generación de energía.
Tratamiento de aguas residuales urbanas

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

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

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

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 residuo

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
 2.303RT

72

Efecto de la temperatura

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 80 102-105 115

74 Methanopyrus kandleri Fuentes hidrotermales 85 100 110

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

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 anaerobe
77 alimentos.

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

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 8.3

80 Nitrobacter spp. Cosmopolitas 6.6 7.6-8.6 10.0

Concentración de sales

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
muerto

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

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

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

MEDIOS LÍQUIDOS
Solo utilizable para aislar la especie
predominante en un cultivo mixto. Método de la
dilución límite.

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
impuestas

87

MEDIOS SELECTIVOS
Aislar directamente: medios sólidos que permiten
aislar colonias. Suelen llevar un inhibidor que
impide el desarrollo de los demás
microorganismos.

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

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 seco

90

Ecosistemas microbianos

91

Fuentes termales marinas

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.

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.

Métodos directos:
¨       Recuento del número de células en una cámara Thoma
¨       Peso seco celular
¨       Determinación de nitrógeno o de proteínas totales
¨       Determinación de DNA

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

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.

PESO ESPECÍFICO ANHIDRO:

ρ0 = Peso anhidro
Volumen Anhidro
PESO ESPECÍFICO A H% DE HUMEDAD
ρk = Peso al H% de humedad
Volumen al H% de humedad
Cuando la humedad es del 12 %,se llama peso específico
normal

 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).

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

Absorbancia = K x Peso Seco
K: 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).

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.

Cámara de recuento de Petroff-Hausser

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

CINÉTICA DE CRECIMIENTO DE UN CULTIVO
INTERMITENTE

(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.

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.

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).

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

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

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

TÉCNICAS EXISTENTES
Aerobias (ex situ, e in situ)
Bioventeo.
Bioaumentación
Bioestimulación
Landfarming
Compostaje
En Fase líquida
En Fase de lechada
En fase sólida
Fermentación

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.

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.

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).

TRATAMIENTO VENTAJAS DESVENTAJAS

 Son efectivos en cuanto a costos Requieren mayores tiempos de
BIOLÓGICO 
 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 técnicas
FISICO-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 más
TÉRMICO  
costoso
 os costos aumentan en función del
empleo de energía y equipo
 Intensivos en mano de obra y capital

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

Tratamientos aerobios
Compostaje
Biopilas.
Bioventeo
Landfarming en plataforma cubierta
Landfarming en campo abierto.
Fitorremediación
Piscinas
Reactores

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.

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.

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
térmica

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

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.

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 final

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.

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.

Landfarming en plataforma
 Sistema aerobico de tratamiento biológico de
residuos, que puede emplear dos procesos:
1. Bioestimulación
2. Bioaumentación

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

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.

COMPONENTES

Plataforma
Encapsulantes
Materia orgánica (nutrientes)
Residuos.
Material de relleno.
Personal.
Manual de bioseguridad para las operaciones.

Encapsulantes
 Materiales que permiten atrapar
contaminantes presentes en los residuos
industriales tales como: metales pesados,
hidrocarburos, materia orgánica.
1. Biosoil
2. Zeolitas
3. Carbón activado.
4. Cascarilla de arroz

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

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.

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 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
cascarilla

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
ambiental
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
semanal

138 Desechos
orgánicos

EXPERIENCIAS PRÁCTICAS
Tratamiento de Fluidos, cortes y ripios de perforación.
Tratamiento de suelos contaminados con hidrocarburos.
Tratamiento de aguas negras urbanas y de camales.
Tratamiento de residuos agroindustriales

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 biorremediación

141

Operaciones de preparación

142

SUELOS CONTAMINADOS CON
HIDROCARBUROS
 Sistema in situ
 Sistema ex situ
 Tratamiento anaerobio
 Tratamiento aerobio.
1. Landfarming en plataforma.
2. Landfarming en piscinas

144

DESCRIPCIÓN
Estabilización de residuos
Deshidratación
Maduración
Tendido y adición de materia orgánica en fermentación.
Mezclado
Control de parámetros
Muestro
Recirculación de lixiviados

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

PROCESOS
Estabilización de residuos
Deshidratación
Maduración
Tendido y adición de materia orgánica en
fermentación.
Mezclado
Control de parámetros
Muestro
Recirculación de lixiviados

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.

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.

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.

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 2-1
2. Materia orgánica (fuente de nutrientes y
microorganismos), según las ecuaciones de
balance de masas.

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

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.

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.

PARÁMETROS DEL PROCESO
Concentración de contaminantes
Disponibilidad de carbono y nutrientes (NPK)
Temperatura
pH
Humedad
Conductividad
Aireación

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, 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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).

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.

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. Zeolitas
2. Carbón activado.
3. Cascarilla de arroz.

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.

Estructura del sustrato
Durante todo el proceso se debe controlar la
porosidad del sustrato, evitando su compactación
y consecuente generación de condiciones
anaeróbicas.

NORMAS DE SEGURIDAD
 Uso de equipos de protección personal, como:
1. Guantes,
2. Mascarilla,
3. Delantal impermeable,
4. Botas de caucho,
5. Gorro

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.

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.

ESTUDIO DE CASO

BIORREMEDIACIÓN DE LODOS
INDUSTRIALES CAMPAMENTO BASE DE
WEATHERFORD

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.

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.

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

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.

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.

TALLERES

Trampas Separación de Trampas
fases
“In Situ”

ACEITE
Diseño del
Floculación AGUA Floculación
sistema
FILTRACIÓN
de Gestión
LODOS
Sistema Móvil
LODOS de
Residuos
Industriale
s
ALMACENAMIENTO

Estabilización
“Ex Situ”

Almacenamiento
Muestreo “ Ex Situ”
Almacenamiento

Cuneta

Relleno Landfarming Combustión Inyección

TALLERES

Manejo de
Guaipes Aceite- diesel Óxidos Otros
residuos

Recolección

Almacenaje Almacenaje

Cisterna Reciclado
de
Biorremediación almacenamiento
Compactación

Incineración
Transporte

Cenizas Disposición
Vaccum final

Incineración Reinyección Relleno

Cementera Oleoducto

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.

Landfarming
SUELOS Y LODOS
ESTABILIZADOS

Muestreo

Adición de Adicción de Aireación y Control de
nutrientes microorganismos humectación parámetros

NPK y micro elementos M/o autóctonos Por volteo manual Normativa
ambiental

Orgánicos
Hongos Bacterias Disposición final

DESCRIPCIÓN
 Estabilización de residuos
 Deshidratación
 Maduración
 Tendido y adición de materia orgánica en fermentación.
 Mezclado
 Control de parámetros
 Muestro
 Recirculación de lixiviados

Plataform
a de
tratamient
o

Jardineras
para
disposición
de
residuos
tratados

Frutos cultivados en residuos
tratados

Tratamiento de aguas
residuales
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.

Tratamiento de aguas
AGUAS DE LAVADO

Separación de
fases

Crudo Agua

Almacenamiento Precipitación Floculación Estabilización Clorinación
de pH

Transporte
Vaccum Filtración Aireación Muestreo Disposición
final

Tratamiento Reinyección Lodos
térmico Reuso

Landfarming Alcantarilla

Sistema de tratamiento de
aguas

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 días

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 ENSAYO

TENDENCIA DE LOS TPHS DE MAYO 2006 HASTA AGOSTO
2007

1,4 60
1,2 50
1 Hidrocarburos Totales
40
0,8 LIMITE INF.
30
0,6 LIMITE SUP
20
0,4
0,2 10
0 ma l 0

ag io
ri
ero
ag o

yo
rzo
ma o
se osto

o
dic ubre

ab

jun
y

re r

ost
bre
ma

oc re

en
feb
b
t
iem
em
pti

TPHs en lixiviados

60

50 Datos Obtenidos

40
Limit. Permisi sin
m 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

TENDENCIA DE EL PH EN LIXIVIADOS DE ENERO
HASTA AGOSTO

14 25
12
20
10 Potencial Hidrogeno
8 15 Limite suo
6 10 limite inf
4
5
2
0 0
ril

io
ro
yo

e
bre

ab

jun
re
br
ma

feb
iem
em
pti

dic
se

TENDENCIA DE LA CONDUCTIVIDAD ELECTRICA DE ENERO
HASTA AGOSTO

9000 16000
8000 14000
7000 12000 Conductividad electica
6000 10000
5000 LIMITE
8000
4000 LIMITE INF
3000 6000
2000 4000
1000 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
bre
se ost

ost
oc re
ma

en
b

iem
em

TENDENCIA DEL BARIO DE ENERO HASTA AGOSTO

6 35

5 30
25 Bario
4
20 LIMITE
3
15 LIMITE INF
2
10
1 5
0 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
oc
se

Cadmio en lixiviados

0,6

0,5 Datos obtenidos

0,4

Limit. Permisi. Sin
mg/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

TENDENCIA DEL CADMIO DE MAYO 2006 HASTA AGOSTO
2007

0,12 6
0,1 5
cadmio
0,08 4
LIMITE
0,06 3
LIMITE INF
0,04 2
0,02 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

Cromo en lixiviados

12

10 Datos obtenidos

8
Limit. Permi. Sin
mg/L

6 impermeabilización
de la base
4
Limit. Permisi. Con
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

TENDENCIA DEL CROMO DESDE MAYO 2006 HASTA AGOSTO
2007

1,2 12
1 10
0,8 8 cromo
0,6 6 LIMITE
0,4 4 LIMITE INF
0,2 2
0 0
ril

io
ero
yo

yo
rzo
o
se osto

o
dic re

ab

jun
rer

ost
bre
bre
ma

ma
tub

en

ma
feb
ag

ag
iem
em
oc
pti

TENDENCIA DEL VANADIO DESDE MAYO 2006 HASTA
AGOSTO 2007

0,45 2,5
0,4
0,35 2
0,3 vanadio
0,25 1,5
LIMITE
0,2 1
0,15 LIMITE INF
0,1 0,5
0,05
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

Vanadio en lixiviados

3
Datos Obtenidos
2

2 Limit. Permisi. Sin
mg/L

impermeabilización
1 de la base
Limit. Permisi. Con
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

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.

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 días

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

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 ENSAYO

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

Tiempo

222

TPHs en lixiviados

60

50 Datos Obtenidos

40
Limit. Permisi sin
m 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

223

Cadmio en lixiviados

0,6

0,5 Datos obtenidos

0,4

Limit. Permisi. Sin
mg/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

224

Vanadio en lixiviados

3
Datos Obtenidos
2

2 Limit. Permisi. Sin
mg/L

impermeabilización
1 de la base
Limit. Permisi. Con
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

225

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