Dra. Silvia M. Soto Córdoba Escuela de Química Centro de Investigación en Protección Ambiental CIPA Instituto Tecnológico de Costa Rica

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Consuelo Cortés Vargas
hace 5 años
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1 Biorremediación una opción para disminuir la contaminación de plaguicidas organoclorados, encontrada en los suelos y las aguas. Dra. Silvia M. Soto Córdoba Escuela de Química Centro de Investigación en Protección Ambiental CIPA Instituto Tecnológico de Costa Rica

2 Cambio climático global La contaminación puede estar acelerando el cambio del clima en el planeta. Los suelos altamente contaminados con plaguicidas, residuos de petróleo, metales pesados, hidrocarburos poliaromáticos PAHs, dioxinas, etc., no permiten el crecimiento de ciertas especies vegetales.

3 Objetivo de la presentación Dar a conocer algunas de las experiencias realizadas en la descontaminación de suelos utilizando microorganismos degradadores.

4 Atenuación natural de la contaminación Los compuestos químicos interaccionan con el compartimiento suelo y pueden: adherirse a los ácidos húmicos. Dispersarse, absorberse, adsorberse Sufrir reacciones bióticas y abióticas. Dependiendo de la naturaleza del compuesto meta estos pueden: Ser recalcitrantes Transformarse Mineralizarse.

Biorremediación Uso de microorganismos especializados con el fin de acelerar la transformación o mineralización de ciertos tipos de compuestos que por

5 Biorremediación Uso de microorganismos especializados con el fin de acelerar la transformación o mineralización de ciertos tipos de compuestos que por su naturaleza presentan problemas: altamente tóxicos, fácilmente dispersables, reticentes a la degradación, forman intermediarios más peligrosos, etc.

6 Qué puede hacer la biorremediación? Mejorar suelos altamente contaminados en forma rápida, eficiente y barata.

7 Recuperación de los suelos Físico químicos Carbón activado Fotodegradación con UV Catalizadores Lavado Microndas Desorción térmica Biológicos Bioaumentación Bioestimulación

8 Bioestimulación Combinación de técnicas: Oxígeno (peróxido de hidrógeno) Nutrientes (fosfatos) Y mezclas que regulen el ph y la temperatura.

9 Bioaumentación Selección y aislamiento de microorganismos especializados en degradar contaminantes químicos, para su futura reinserción en el suelo

10 Bioaumentación Bioestimulación Tratamientos físico químicos Remediación del suelo

11 Algunas visiones VISIÓN OPTIMISTA: El suelo es un compartimiento ambiental que posee la capacidad de descomponer todo tipo de material. VISIÓN PESIMISTA: Existen compuestos químicos que no pueden degradarse. Los métodos biológicos no pueden controlarse.

12 Degradación natural del TCE Solventes clorados tipo TCE (Tricloroetileno), PCE (tetracloroetileno), 1,1,1- tricloroetano (TCA) y tetracloruro de carbono (CTC)

13 Estudio de un caso Producción de plaguicidas en una planta de Hamburgo Alemania La principal contaminación: clorofenoles, clorobencenos y otros hidrocarburos clorados Solución: inyección de oxígeno

14 Extracción 32% oxidación del contaminante 2% Almacenamiento 3% oxidación del amoniaco 2% oxidación del hierro 5% Oxidación de la pir 56%

15 Interacción microorganismo y compuesto meta Centro de Investigación en Protección Ambiental (CIPA). Prohibida su reproducción

16 Incompatibilidad con el crecimiento microbiano: demasiado seco, demasiado caliente o frío, insuficiente cantidad de oxígeno o de nutrientes, ph inadecuado, o la ausencia de los metales requeridos como cofactores. Poca biodisponibilidad del tóxico: este puede estar presente en forma de grandes gotas, o encapsula do por una barrera (plástico, madera, metales, etc.), con lo cual no está disponible para la degradación microbiana. Los microorganismos degradadores no mineralizan el compuesto: dejando intermediarios algunas veces más persistentes que el compuesto inicial. Existen otras fuentes de carbono más fácilmente metabolizables : con lo cual se causa una represión catabólica de las enzimas degradadoras. La concentración del tóxico está bajo los límites de degradación: no existe suficiente cantidad para activar los procesos enzimáticos correspondientes. Se producen intermediarios más tóxicos : y estos productos eventualmente pueden envenenar los microorganismos presentes, o estos últimos no presentan la capacidad de degradar estos intermediarios. No existen microorganismos capaces de degradar el tóxico.

17 Ventajas de la biorremediación Es una técnica barata. Permite utilizar los recursos genéticos nativos en la resolución de problemas regionales. A diferencia de algunos tratamientos físico químicos no se traslada la contaminación a otro lugar. Es una opción ambientalmente amigable.

18 Principales preguntas Existen microorganismos capaces de degradar el compuesto meta? Cuáles son los mecanismos de biodegradación? Cuál es la velocidad de degradación de los compuestos meta en el laboratorio e in situ? Cuáles son las condiciones redox más favorables para la biorremediación? Cuáles adaptaciones se requieren? Los costos son competitivos?

19 Limitaciones de la tecnología No es aplicable en ambientes altamente contaminados: Es necesario realizar una dilución o un pretratamiento físico-químico. Es más lento que la remediación La etapa de investigación es costosa.

20 Ejemplos de microorganismos Microorganismo Phanerochaete chrysosporium Pleurotus ostreatus, Phellinus weirii y Polyporus versicolor Lentinus edode, Trametes versicolor Phanerochaete chrysosporium Trametes versicolor y Pleurotus ostreatus Streptomyces setonii, Pseudomonas aeruginosa T1, Pseudomonas putida Compuesto químico que degrada DDT, lindano, 3,4-dicloroanilina, dieldrin, pentaclorofenol, aroctor 1,2,5,4, bifenilo, 2-chlorobifenilo, y 2, 2,4,4 -tetraclorobifenilo DDT PCP Cierto tipo de dioxinas TNT Fenol

21 Degradación de los plaguicidas Fueron diseñados con el objetivo de eliminar insectos, hongos, bacterias, etc. Al menos en teoría se espera que no sean degradables.

22 Estrategia utilizada Se propuso evaluar la viabilidad de inocular en un suelo contaminado, bacterias nativas aisladas desde materiales y suelos contaminados obtenidos en un aserradero localizado en la VIII Región de Chile, con el fin utilizar estas experiencias, para posteriormente implementar la biorremediación de suelos.

23 Ejemplos de microorganismos utilizados para degradar el PCP. Consorcio o microorganismo utilizado. Consorcio de microorganismos anaerobios encontrados en un fango de drenaje municipal. Phanerochaete chrysosporium. Principal(es) compuesto(s) encontrado(s) luego del tratamiento microbiano. 2,3,4,5-tetraclorofenol; 3,4,5 triclorofenol y 3,5 diclorofenol. 2,3,5,6 tetracloro 2,5 ciclohexadien 1,4 diona. Referencia. Mikesell y Boyd Mileski et al Flavobacterium sp. Hidroquinonas cloradas. Steiert y Crawford Streptomyces rochei ,3,5,6-tetraclorofenol; 2,3,6-triclorofenol; octacloro-para-dibenzodioxina y su precursor nanoclorofenoxifenol Zaborina et al Rhodococcus y Mycobacterium Pentacloroanisol Häggblom et al Nota: en estos experimentos Centro de se Investigación utilizaron muestras en Protección de suelo Ambiental contaminadas (CIPA). con Prohibida PCP. su reproducción

24 Principales dificultades Centro de Investigación en Protección Ambiental (CIPA). Prohibida su reproducción

25 Crecimiento en medio líquido 436 mg PCPNa L Log10(UFC ml -1 ) SC2/07/08-99 SC1/08/08-99 Vertedero/33/08-99 SD3/18/08-99 SD1/03/08-99 AV/01/ Tiempo (h)

26 Degradación PCP % Degradación del PCFNa CI-PCFNa 5 CI-PCFNa 10 CI-PCFNa 20 CI-PCFNa 50 CI-PCFNa Días

27 Crecimiento Log (UFC/mL) Días

28 Inoculación de las cepas seleccionadas Sección A, entre 0 y 20 cm Sección B, entre 21 y 40 cm Sección C, entre 41 y 60 cm Sección D, entre 61 y 80 cm Recolección del efluente

29 Comparación de las cantidades residuales de PCP encontradas en las secciones A de las columnas de suelo, conforme transcurría el tiempo de tratamiento bacteriano con la cepa AV/01/ Centro de Investigación en Protección Ambiental (CIPA). Prohibida su reproducción mg PCP kg -1 suelo Inmovilizado Inóculo libre Inmovilizado Inóculo libre días 60 días Inóculo libre (Columna 1) Inóculo inmovilizado (Columna 2) Inóculo libre, sección A esterilizada (columna 3) Inóculo inmovilizado, sección A esterilizada (Columna 4) Control 1 (Columna 5) Control 2, sección A esterilizada (columna 6) Cantidad inicial de PCP

30 Conclusión Los resultados de los microcosmos evidenciaron que la biodegradación del PCP es posible, pudiendo ser controlada y acelerada. Con estos experimentos se pudo comprobar la formación de compuestos más tóxicos (pentacloroanisol y tetraclorofenol), determinar el tiempo necesario para que los inóculos comiencen a actuar (<30 días), e indicar cuales serían los productos de biotransformación esperados (pentacloroanisol, tetraclorofenol, triclorofenol). Estos resultados constituyen una primera etapa para implementar la biorremediación in situ de estos tipos de suelo.

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