Biorremediación

BIORREMEDIACIÓN

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PRINCIPIOS Y TÉCNICAS

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA

BIOTECNOLOGÍA DE LOS RECURSOSO NATURALES

DEFINICIÓN

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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.

BIORREMEDIACIÓNEl 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.

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HISTORIA

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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.

HISTORIA

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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

HISTORIA

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Economía de mercadoGlobalización de la economía.Problemas ambientales globales

BIORREMEDIACIÓNEs 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.

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COMPONENTESContaminantes.Metodología de tratamiento.Microorganismos capaces de biodegradar

xenobioticos.Metodologías de análisisNormas de Bioseguridad de laboratorio.Normas de Bioseguridad ambientalMarco Legal

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CONTAMINANTESLodos 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

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METODOLOGÍAS DE TRATAMIENTOAerobias (ex situ, e in situ)Bioventeo.BioaumentaciónBioestimulaciónLandfarmingCompostajeEn Fase líquidaEn Fase de lechadaEn fase sólidaFermentación

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MICROORGANISMOS1. Bacterias

2. Hongos

3. Algas

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BACTERIASPseudomonas, corinebacterias y

micobacterias Pseudomonas, Achromobacter, Arthrobacter, Micrococcus, Nocardia, Vibrio, Acinetobacter, Brevibacterium, Corynebacterium, Flabobacterium,

BACTERIASRhodococcus sp.Stenotrophomonas maltophiliaStenotrophomonas sp,Pseudomonas sp,

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Bacterias

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Pseudomonas, corinebacterias y micobacterias

Pseudomonas, Achromobacter, Arthrobacter, Micrococcus, Nocardia, Vibrio, Acinetobacter, Brevibacterium, Corynebacterium, Flabobacterium,

BACTERIAS

CULTIVOS

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Clasificación bacteriana

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VARIEDADES MORFOLÓGICAS

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Morfología bacteriana

Esféricas Bastonadas Curvas Filiformes

Micrococos

Diplococos

Sarcinas

Estreptococos

Tetracocoss

Estafilococos

Bacterias

Bacilos

Clostridioss

Vibriones

Espirilos

Espiroquetas

Sulfobacterias

Ferrobacterias

Rikettsias

TIPOS Y CRITERIOS DE CLASIFICACIÓN BACTERIANA

Tipos de ClasificaciónartificialnaturalNumérica 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)

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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.

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BACTERIAS FOTOSINTÉTICAS

Existen tres grupos de bacterias Gram- fotosintéticas:

1.Cianobacterias.

2.Bacterias rojas.

3.Bacterias verdes

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BACTERIAS FOTOSINTÉTICAS

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Característica Cianobacterias Bacterias rojas Bacterias verdes

Fotosíntesis Oxigénica Anaoxigénica Anaoxigénica

Pigmentos Sin plantas Específicos Específicos

Morfología Filamentosa y unicelular

Unicelular Bacilar y filamentosa

Motilidad Inmóviles o por deslizamiento

Por flagelos Bac. InmóvilesFil. deslizamiento

Fijación de CO2 Ciclo de Calvin Ciclo de Calvin Ciclo reductor ATC

Heterotrofia Escasa Amplia Escasa

CIANOBACTERIASGéneros:Sin heterocistes: Oscillatoria y SpirulinaCon heterocistes: Anabaena.

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BACTERIAS ROJASIncluidas en el phylum Proteobacteria.

Unicelulares, móviles por flagelos. Metabólicamente

muy versátilesBacterias rojas del azufre: ChromatiumBacterias rojas no del azufre: Rhodospirillum y

Rhodobacter.

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BACTERIAS VERDESPequeño grupo de bacterias similares fisiológica,

nutricional y ecológicamente a las bacterias rojas.Bacterias verdes del azufrePhylum Chlorobi. Fotoautótrofos anaerobios.

Gen. Chlorobium.Bacterias verdes no del azufrePhylum Chloroflexi. Gén. Chloroflexus

(fotoheterótrofo, pudiendo ser fotoautótrofo o quimioheterótrofo de forma facultativa).

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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.

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BACTERIAS NITRIFICANTESLlevan 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.

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OXIDADORES DE AZUFREDenominadas 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

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BACTERIAS DEL HIERROAlgunas 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).

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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.

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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 Burkholderialesfam. Burkholderiaceae, gen. Burkholderia, v.g. B.

cepacia.fam. Comamonadaceae, gen. Comamonas.

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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.

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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.

Géns.: Azotobacter , Azomonas.34

BACTERIAS GRAM - ANAEROBIAS FACULTATIVAS

Existe dos familias: Fam. Enterobacteriaceae. Fam. Vibrionaceae. Las bacterias coliformes como índice de contaminación fecal.

Enterobacteriaceae, está constituido por 40 géneros entre los que podemos citar: Escherichia, Salmonella, Shigella, (bacterias coliformes intestinales), Enterobacter, Serratia, Proteus (de suelos y aguas) y Yersinia (patógeno de animales).

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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.

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BACTERIAS GRAM- ANAEROBIAS

I. BACTERIAS FERMENTADORASAnaerobias estrictas, metabolismo

exclusivamente fermentativo. Grupo filogenético independiente (Phylum Bacteroidetes, gen. Bacteroides; Phylum Fusobacteria, gen.

Fusobacterium).

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BACTERIAS GRAM- ANAEROBIAS

II. BACTERIAS REDUCTORAS DEL AZUFRE / SULFATORREDUCTORAS

Anaerobios estrictos. Obtienen su energía mediante respiración anaerobia (utilizan SO4

2- o S0 como aceptor de e-). Incluidas en las proteobacterias.

Hábitat: sedimentos anaerobios.Géneros: Desulfovibrio, Desulfobacter SO4

2-. Desulfuro monas S0

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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.

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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.

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II: UNICELULARES NO ESPORULANTES: BACTERIAS DEL ÁCIDO LÁCTICO

Fam I. LactobacillaceaeGen. Lactobacillus (bacilos regulares). V.g. L.

bulgaricus, L. lactis, L. brevis, L. salivarusFam. IV. EnterococcaceaeGen. Enterococcus (E. faecalis)

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BACTERIAS GRAM-POSITIVASFam. V. LeoconostocaceaeGen. LeuconostocFam. VI. StreptococcaceaeGens. Streptococcus (S. pneumoniae , S.

pyogenes); Lactococcus (L. lactis, L.cremoris)

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BACTERIAS GRAM-POSITIVASIII: ACTINOMICETESACTINOBACTERIAS 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 suelo donde degradan muchos compuestos.43

ARQUEASEn 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.

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ARQUEASMETANOBACTERIASMethanobacteriales, v.g. MethanobacteriumMethanococcales, v.g. MethanococcusMethanomicrobiales, v.g. MethanospirillumMethanosarcinales, v.g. Methanosarcina,

Methanosaeta

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ARQUEAS

ARQUEOBACTERIAS HALOFILAS EXTREMASQuimioorganótrofos, 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.

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ARQUEASARQUEOBACTERIAS TERMOFILAS

DEPENDIENTES DEL AZUFRE.Todas obtienen energía reduciendo u oxidando

azufre. Son quimiolitoautótrofas, mixótrofas o heterótrofas.

Thermococcus.Thermoproteus, Desulfurococcus.Sulfolobus, Acidianus.

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Bacterias Gram negativas Bacillus cereus

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Bacterias Gram positivas Serratia marcescens.

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Pared celular Gram negativa

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Pared celular Gram positiva

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Mecanismos de asimilación

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Macro y micronutrientes

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Elemento % en peso seco Fuente FunciónMacronutrientes

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 sulfurados.

Constituyentes de cysteina, methionina, 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 enzymáticas.

Elementos traza

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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.

Medio de cultivo para Cyanobacterias

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Componente g/litro PropósitoMgSO47H2O 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.

Mezcla de microelementos

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Componente g/litro

H3BO3 2.86

MnCl24H2O 1.81

ZnSO47H2O 0.22

NaMoO42H2O 0.39

CuSO45H2O 0.079

Co(NO3)26H2O 0.049

Medio de aislamiento para pseudomonas

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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

HONGOSPenicillumAspergillumMucorCandida, Rhodotorula SporobolomycesPhanerochaetes Chrysosporium

HONGOSHongo ligninolítico Stereum hirsutum.

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ALGASUlvaChlamidomonasNostocAnabaena

ANABAENA

NOSTOC

Plantas

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Pasto elefanteEsterilla.JunquilloTotoraKikuyoLenteja de aguaNenúfarLirio de agua

Plantas acuáticas

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Plantas de pantano

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CAMPOS DE APLICACIÓN

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Tratamiento de residuos industrialesTratamiento de metales pesadosMineríaTratamiento de suelos contaminados con

pesticidas e hidrocarburos.Tratamiento de residuos agroindustriales.Generación de energía.Tratamiento de aguas residuales urbanas

CAMPOS DE APLICACIÓN

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Tratamiento de residuos industrialesTratamiento de metales pesadosMineríaTratamiento de suelos contaminados con

pesticidas e hidrocarburos.Tratamiento de residuos agroindustriales.Generación de energía.Tratamiento de aguas residuales urbanas

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,

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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).

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Definiciones básicasMedio 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).

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FACTORES QUE INCIDEN

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Concentración de contaminantesDisponibilidad de carbono y nutrirntes

(NPK)TemperaturapHHumedadConductividadAireaciónEstimulantesMetales pesadosEstructura del residuo y del sueloTipo de residuo

TemperaturaTemperaturaDetermina la velocidad de crecimiento y puede

también ser determinante sobre el tipo demicroorganismos que ocupan un ecosistema. La

velocidad de una reacción química esfunción de la temperatura, y sigue la Ley de

Arrhenius: Log10 V= - AH + C 2.303RT

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Efecto de la temperatura

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Mínimos, óptimos y máximos de temperatura

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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 (muchos sitios)

5 25-30 42

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 reducidas

70 75-85 90

Pyrobacterium brockii Fuentes hidrotermales 80 102-105 115

Methanopyrus kandleri Fuentes hidrotermales 85 100 110

OXÍGENODe 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 ausenciaAnaerobias: no pueden utilizar O2 . Pueden

ser:estrictas: el O2 es tóxico

aerodúricas o aerotolerantes: toleran el O2.

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Efecto del oxígeno

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Relación de los microorganismos con el

oxígeno

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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 anaeróbicos.

Strict anaerobe

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 alimentos calientes, agua fresca.

Facultative anaerobe

Vibrio fischeri Agua marina, órganos luminosos de varias especies marinas.

Facultative anaerobe

Lactobacillus acidophilus Animalse y plantas que fermentan alimentos.

Aerotolerant anaerobe

pHDebe 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.

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Influencia del pH

79

Influencia del pH

80

Organismo Habitat Mínimo pH Óptimo pH Máximo pH

Thiobacillus thiooxidans Areas ricas en sulfuro, frecuentemente ácidos

0.5 2.0-2.8 4.0-6.0

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 de azúcares

3.5 5.5-6.0 7.5

Lactobacillus acidophilus Animales, plantas, Roca degradada 4.0-4.6 5.8-6.6 6.8

Staphylococcus aureus Superficie de animales, cavidad nasal, piel.

4.2 7.0-7.5 9.3

Escherichia coli Intestinos de animales 4.4 6.0-7.0 9.0

Clostridium sporogenes Suelos y sedimentos que son anaeróbicos.

5.0-5.8 6.0-7.6 8.5-9.0

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

Nitrobacter spp. Cosmopolitas 6.6 7.6-8.6 10.0

Concentración de sales

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Halo-tolerancia

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Organismo Habitat Minimo de actividad acuosa para el crecimiento

Caulobacter Agua fresca y marina diluida

1.00

Pseudomonas Ambientess con bajo nivel salino

0.91

Salmonella/E. coli Animales 0.91

Lactobacillus Animales y plantsa 0.90

Bacillus Suelo 0.90

Staphylococcus Animales 0.85

Halobacterium Lagos salados, mar muerto

0.75

OTROS FACTORESPotencial redoxRadiación electromagnéticaCO2Presencia de agua líquidaPresión 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.

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AISLAMIENTOPara 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.

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MEDIOS SÓLIDOSSiembra (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 LÍQUIDOSSolo utilizable para aislar la especie

predominante en un cultivo mixto. Método de la dilución límite.

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MEDIOS SELECTIVOSMedios 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

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MEDIOS SELECTIVOSAislar directamente: medios sólidos que permiten

aislar colonias. Suelen llevar un inhibidor que impide el desarrollo de los demás microorganismos.

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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)

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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

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Fuentes termales marinas

92

CINÉTICA MICROBIANACRECIMIENTO 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.

CINÉTICA MICROBIANAMEDICIÓN 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.

CINÉTICA MICROBIANAMétodos directos: ¨ Recuento del número de células en

una cámara Thoma ¨ Peso seco celular ¨ Determinación de nitrógeno o de

proteínas totales ¨ Determinación de DNA

CINÉTICA MICROBIANAMétodos 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

CINÉTICA MICROBIANAEl 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.

CINÉTICA MICROBIANAPESO 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

CINÉTICA MICROBIANAABSORCIÓN: 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).

CINÉTICA MICROBIANATurbidimetría: 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

CINÉTICA MICROBIANAAbsorbancia = 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).

CINÉTICA MICROBIANARECUENTO 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.

CINÉTICA MICROBIANACámara de recuento de Petroff-Hausser

CINÉTICA MICROBIANARecuento de microorganismos.

Tipo de cuadro Area[cm2]

Volumen[ml]

Factor[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 MICROBIANACINÉTICA DE CRECIMIENTO DE UN CULTIVO

INTERMITENTE

CINÉTICA MICROBIANA(1) La fase logarítmica, en la que el

microorganismo se adapta a las nuevas condiciones y pone en 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.

CINÉTICA MICROBIANAEFECTO 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.

CINÉTICA MICROBIANAEstos 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).

CINÉTICA MICROBIANARELACIONES 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 = μx ó μ= 1 dx

dt x dt

CINÉTICA MICROBIANADonde 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 = xo e μt

CINÉTICA MICROBIANAPuesto que xf es también igual a 2kt xo, la

relación entre k y μ puede derivarse combinando las dos ecuaciones:

Xo e μt = 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

112

Aerobias (ex situ, e in situ)Bioventeo.BioaumentaciónBioestimulaciónLandfarmingCompostajeEn Fase líquidaEn Fase de lechadaEn fase sólidaFermentación

TIPOS DE BIORREMEDIACIÓNTratamiento 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.

TECNICASIn 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.

TECNICASEx 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

BIOLÓGICO Son efectivos en cuanto a costos Son tecnologías más benéficas para el ambiente Los contaminantes generalmente son destruidos.

Se requiere un mínimo o ningún

tratamiento posterior

Requieren mayores tiempos de tratamiento Es necesario verificar la toxicidad de intermediarios y/o productos

No pueden emplearse si el tipo de suelo no favorece el crecimiento microbiano

FISICO-QUIMICO Son efectivos en cuanto a costos Pueden realizarse en periodos cortos

El equipo es accesible y no se necesita de mucha energía ni ingeniería

Los residuos generados por técnicas de separación, deben tratarse o disponerse: aumento en costos y necesidad de permisos

Los fluidos de extracción pueden aumentar la movilidad de los contaminantes: necesidad de sistemas de recuperación

TÉRMICO Permite tiempos rápidos de limpieza Es el grupo de tratamientos más costoso os costos aumentan en función del empleo de energía y equipo

Intensivos en mano de obra y capital

RUTASLas 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 aerobiosCompostajeBiopilas.BioventeoLandfarming en plataforma cubiertaLandfarming en campo abierto.FitorremediaciónPiscinasReactores

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.

BIOPILASSon 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

121

SUELO

Retiro materialgrueso

Retiro del suelo

contaminado

Bombeo de agua

Rehabilitación de espacios degradados

Lavado Lavado del suelo

Hidrocarburo

Destruccióntérmica

Agua Suelo TratadoDiseño

paisajístico

Tendido de suelos tratados

Adición de suelo fértil

LandfarmingTratamiento

Forestación

BIOVENTEOEstimula 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

LANDFARMINGLa 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

124

SUELOS Y LODOSESTABILIZADOS

Adición de nutrientes

Adicción de microorganismos

Aireación y humectación

Muestreo

Control de parámetros

NPK y micro elementos

Orgánicos

M/o autóctonos

Hongos

Por volteo manualsemanal

Normativa ambiental

Disposición finalBacterias

FITORREMEDIACIÓNProceso 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

BIOESTIMULACIÓNImplica 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

PlataformaEncapsulantesMateria 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

COMPONENTES

PlataformaEncapsulantesMateria orgánica (nutrientes)Residuos.Material de relleno.Personal.Manual de bioseguridad para las operaciones.

ResiduosSuelos contaminados con hidrocarburos.Lodos y residuos industriales.Lodos del tratamiento de aguas.Aceites y derivados de hidrocarburos.Residuos de actividades agropecuarias.Residuos químicosHerbicidas y pesticidas.

Material de relleno(esponjante)Cascarilla de arróz.VirutaAserrin.Musgo/líquenesRestos de coco y palmiste

Tratamiento de lodos y suelo

136

Lodos y suelo

DeshidrataciónEstabilización Tendido Biodegradación

Adición de BIOSOIL

Camas metálicas

Adición cascarilla

Adición de aserrín

Plataforma Zona de tratamiento

Plataforma Terreno Piscina

Landfarming

Lixiviados Tratamientode aguas Impermeabilización

Tratamiento de aguas

137

AGUAS RESIDUALES

Lechos en línea

Filtración Biodegradación

Decantadores

Lechos en paralelo

Lechos de lijado

Muestreo

Lechos de pulido

Aerobia

Normativa ambiental

Disposición final

Anaerobia

Filtración Biodegradación

Tratamiento biológico de

grasas

138

Residuos de Lácteos Gloria

Grasas Lodos del tratamiento de

aguas

Estabilización

Adición de materia

orgánica

Adición de material vegetal

Adición de pool de micro-

organismos

Tendido en plataforma

Humectación y aireación

NPK orgánico Cascarilla

Aserrín

Vagaso

Cítricos

verduras

Desechos orgánicos

Bacterias

Hongos

Microaspersión

Riego por goteo

Volteo manualsemanal

Derrame Exxon- Valdez

139

EXPERIENCIAS PRÁCTICAS

140

Tratamiento de Fluidos, cortes y ripios de perforación.

Tratamiento de suelos contaminados con hidrocarburos.

Tratamiento de residuos industrialesTratamiento de aguas negras urbanas y de

camales.Tratamiento de residuos agroindustriales

PROCESO TÍPICO

141

Visita de campoMuestreoIdentificación y aislameinto de

microorganismos.Pruebas de biodegradabilidad.Preparación del pool bacterianoReproducción masiva de m/o.Trabajos de biorremediación

Operaciones de preparación

142

Suelos en tratamiento

143

SUELOS CONTAMINADOS CON HIDROCARBUROS

144

Sistema in situ Sistema ex situ Tratamiento anaerobio Tratamiento aerobio.1. Landfarming en plataforma.2. Landfarming en piscinas

DESCRIPCIÓN

145

Estabilización de residuosDeshidrataciónMaduraciónTendido y adición de materia orgánica

en fermentación.MezcladoControl de parámetrosMuestroRecirculación de lixiviados

PROCESOVisita de campoMuestreoIdentificación y aislamiento de

microorganismos.Pruebas de biodegradación.Preparación del pool bacterianoReproducción masiva de m/o.Trabajos de biorremediación

PROCESOSEstabilización de residuosDeshidrataciónMaduraciónTendido y adición de materia orgánica en

fermentación.MezcladoControl de parámetrosMuestroRecirculación de lixiviados

Estabilización de residuosLos 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.

DESHIDRATACIÓNLos 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.

MADURACIÓNLos 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.

MEZCLAAl 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 TRATAMIENTOUna 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 PROCESOConcentración de contaminantesDisponibilidad de carbono y nutrientes (NPK)TemperaturapHHumedadConductividadAireación

PARÁMETROS DEL PROCESOMetales pesadosEstructura del residuo y del suelo

Concentración de contaminantesSi 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.

NutrientesLa 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.

NutrientesLa 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.

TemperaturaEl 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.

pHLa 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.

HumedadLa 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.

ConductividadEsto 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).

AireaciónLa 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. Zeolitas2. Carbón activado.3. Cascarilla de arroz.

Cinética bacterianaEl 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 sustratoDurante 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 SEGURIDADNo 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 SEGURIDADUso 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.

BIORREMEDIACIÓN DE LODOS INDUSTRIALES CAMPAMENTO

BASE DE WEATHERFORD

ESTUDIO DE CASO

171

Residuos industrialesResiduos 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 casoGestión 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.

AntecedentesEn 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

AntecedentesCon 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.

AntecedentesRealizó 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.

Campamento base

Diseño del

sistema de

Gestión de

Residuos Industria

les

Separación de fases

“In Situ”

Trampas

Floculación

FILTRACIÓNSistema Móvil

AGUA

LODOS

Muestreo

Cuneta

TALLERES

ACEITE

Estabilización“Ex Situ”

Almacenamiento

Relleno Landfarming

Almacenamiento“ Ex Situ”

Combustión

Trampas

Floculación

LODOS

ALMACENAMIENTO

Inyección

Manejo de

residuos

TALLERES

Guaipes Aceite- diesel Óxidos

Cisterna de

almacenamiento

Vaccum

Incineración

Recolección

Almacenaje

Incineración

Almacenaje

Reciclado

Cementera

Biorremediación

Oleoducto

Otros

Compactación

Relleno

Transporte

Disposiciónfinal

Reinyección

Cenizas

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.

Residuos a tratar

Landfarming

SUELOS Y LODOSESTABILIZADOS

Adición de nutrientes

Adicción de microorganismos

Aireación y humectación

Muestreo

Control de parámetros

NPK y micro elementos

Orgánicos

M/o autóctonos

Hongos

Por volteo manual Normativa ambiental

Disposición finalBacterias

Camas de maduració

n

DESCRIPCIÓNEstabilización de residuosDeshidrataciónMaduraciónTendido y adición de materia orgánica en

fermentación.MezcladoControl de parámetrosMuestroRecirculación de lixiviados

Estabilización de residuos

Camas de maduraci

ón

Adición de materia orgánica

Mezclado

Plataforma de

tratamiento

Vista de plataforma

Jardineras para disposición de residuos tratados

Jardín frente al casino

Frutos cultivados en residuos tratados

Producción hortícola

Tratamiento de aguas residualesInicialmente 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

PrecipitaciónAlmacenamiento ClorinaciónEstabilización de pH

Floculación

Filtración Aireación Muestreo Disposición final

TransporteVaccum

Tratamientotérmico

Lodos

Landfarming

Reinyección

Alcantarilla

Reuso

Aguas de lavado de tuberías

Aguas residuales a tratar

Aguas aceitosas

Aguas ácidas de chemplate

Sedimentos aceitosos

Aguas tratadas

Sistema de tratamiento de aguas

Planta de tratamien

to

RESULTADOSResiduos industriales: TPH = 97373 ppm a 1360 ppm, en 210 díasCortes y fluidos de perforaciónNO3 = 45000 ppm a 230 ppm en 37 díasSuelos contaminados.TPH = 63366,30 ppm a 577,55 ppm en 176 días

y en laboratorio en 42 díasResiduos de tanques de combustiblesTPH = 409041,98 ppm a 217354,95 ppm en 32

días

Decremento de TPHs

1000

11000

21000

31000

41000

51000

61000

71000

81000

91000

101000

FECHA DE ENSAYO

mg

/kg

TENDENCIA DE LOS TPHS DE MAYO 2006 HASTA AGOSTO 2007

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

0

10

20

30

40

50

60

Hidrocarburos Totales

LIMITE INF.

LIMITE SUP

TPHs en lixiviados

0

10

20

30

40

50

60

09/11/2004

29/12/2004

17/02/2005

08/04/2005

28/05/2005

17/07/2005

FECHA

mg

/L

Datos Obtenidos

Limit. Permisi sinimpermeabilización dela base

Limit. Permisi. Conimpermeabilización dela base

TENDENCIA DE EL PH EN LIXIVIADOS DE ENERO HASTA AGOSTO

0

2

4

6

8

10

12

14

0

5

10

15

20

25

Potencial Hidrogeno

Limite suo

limite inf

TENDENCIA DE LA CONDUCTIVIDAD ELECTRICA DE ENERO HASTA AGOSTO

0100020003000400050006000700080009000

0200040006000800010000120001400016000

Conductividad electica

LIMITE

LIMITE INF

TENDENCIA DEL BARIO DE ENERO HASTA AGOSTO

0

1

2

3

4

5

6

0

5

10

15

20

25

30

35

Bario

LIMITE

LIMITE INF

Cadmio en lixiviados

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

09/11/2004 29/12/2004 17/02/2005 08/04/2005 28/05/2005 17/07/2005

FECHA

mg/

L

Datos obtenidos

Limit. Permisi. Sinimpermeabilizaciónde la base

Limit. Permisi. Conimpermeabilizaciónde la base

TENDENCIA DEL CADMIO DE MAYO 2006 HASTA AGOSTO 2007

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0

1

2

3

4

5

6

cadmio

LIMITE

LIMITE INF

Cromo en lixiviados

0

2

4

6

8

10

12

09/11/2004

29/12/2004

17/02/2005

08/04/2005

28/05/2005

17/07/2005

FECHA

mg/

L

Datos obtenidos

Limit. Permi. Sinimpermeabilizaciónde la base


TENDENCIA DEL CROMO DESDE MAYO 2006 HASTA AGOSTO 2007

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0

2

4

6

8

10

12

cromo

LIMITE

LIMITE INF

TENDENCIA DEL VANADIO DESDE MAYO 2006 HASTA AGOSTO 2007

00,050,1

0,150,2

0,250,3

0,350,4

0,45

0

0,5

1

1,5

2

2,5

vanadio

LIMITE

LIMITE INF

Vanadio en lixiviados

0

1

1

2

2

3

09/11/2004

29/12/2004

17/02/2005

08/04/2005

28/05/2005

17/07/2005

FECHA

mg

/L

Datos Obtenidos

Limit. Permisi. Sinimpermeabilizaciónde la baseLimit. Permisi. Conimpermeabilizaciónde la base

CONCLUSIONESConjunto 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

219

Residuos industriales: TPH = 97373 ppm a 1360 ppm, en 210 díasCortes y fluidos de perforaciónNO3 = 45000 ppm a 230 ppm en 37 díasSuelos contaminados.TPH = 63366,30 ppm a 577,55 ppm en 176

días y en laboratorio en 42 díasResiduos de tanques de

combustiblesTPH = 409041,98 ppm a 217354,95 ppm

en 32 días

Tasas de degradación de TPHs

220

0,000

0,500

1,000

1,500

2,000

2,500

3,000

3,500

4,000

4,500

5,000

0 8 15 22 32

tiempo (dias)

lnC

o/C

TP

Hs

Ue1

Ue2

Ue2(2)

Ue3

Ue3(2)

Decremento de TPHs

221

1000

11000

21000

31000

41000

51000

61000

71000

81000

91000

101000

FECHA DE ENSAYO

mg

/kg

Degradación de TPHs, laboratorio

222

REDUCCIÓN TPH Ue2(2)

010000200003000040000500006000070000

04/0

6/2

003

11/0

6/2

003

18/0

6/2

003

25/0

6/2

003

02/0

7/2

003

09/0

7/2

003

16/0

7/2

003

Tiempo

Co

nce

ntr

ació

n p

pm

Serie1

TPHs en lixiviados

223

0

10

20

30

40

50

60

09/11/2004

29/12/2004

17/02/2005

08/04/2005

28/05/2005

17/07/2005

FECHA

mg

/L

Datos Obtenidos

Limit. Permisi sinimpermeabilización dela base

Limit. Permisi. Conimpermeabilización dela base

Cadmio en lixiviados

224

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

09/11/2004 29/12/2004 17/02/2005 08/04/2005 28/05/2005 17/07/2005

FECHA

mg/

L

Datos obtenidos

Limit. Permisi. Sinimpermeabilizaciónde la base


Vanadio en lixiviados

225

0

1

1

2

2

3

09/11/2004

29/12/2004

17/02/2005

08/04/2005

28/05/2005

17/07/2005

FECHA

mg

/L

Datos Obtenidos

Limit. Permisi. Sinimpermeabilizaciónde la baseLimit. Permisi. Conimpermeabilizaciónde la base

Cromo en lixiviados

226

0

2

4

6

8

10

12

09/11/2004

29/12/2004

17/02/2005

08/04/2005

28/05/2005

17/07/2005

FECHA

mg/

L

Datos obtenidos

Limit. Permi. Sinimpermeabilizaciónde la base


CONCLUSIONES

227

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.

TRATAMIENTO BIOLÓGICO DE AGUAS RESIDUALES –

SHUSHUFINDI MEDIANTE PSA.

ESTUDIO DE CASO

228

TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

MEDIANTE BIOFILTROS DE LECHO SUMERGIDO (BLS)

UNA ALTERNATIVA PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS

RESIDUALES

BIOFILTROS DE LECHO SUMERGIDO

¿Qué son?Son sistemas de lechos sumergidos, que emulan los pantanos húmedos naturales en el tratamiento de aguas residuales industriales, negras y lixiviados

¿COMO TRABAJAN?

Submerged Bed Systems (SBS) • Están diseñados para imitar los procesos

que ocurren en los pantanos naturales.• Utilizan plantas y suelos propios de

pantanos naturales.• Emplean microorganismos asociados a

las plantas para el tratamiento de aguas

¿Cómo trabajan?

El tratamiento tiene tres componentes básicos:

1. Remoción de sólidos.

2. Tratamiento biológico.

3. Deshidratación de lodos orgánicos

Remoción de sólidosSe produce en tanques de sedimentación de hormigón armado, con capacidad variable que depende del volumen de aguas a tratar y del tipo de aguas residuales.Los tanques retienen alrededor del 65% de los sólidos suspendidos que posteriormente se tratarán en los reed beds. El 35% restante es retenido en la fase piedra arena, en las líneas de distribución

Tratamiento biológicoEl tratamiento biológico se produce gracias a la participación de bacterias asociadas a las plantas de pantano, quienes les proveen de oxígeno a través de sus raíces.La degradación aeróbica coexiste con la anaeróbica a corta distancia de las raíces.

Otros sistemas de tratamiento biológico

En el sistema de lodos activados: Suministran el aire y el oxígeno necesarios, ya sea por difusores sumergidos que inyectan aire impulsado por sopladores o por aireadores superficiales, que mantiene el 20% de saturación de oxígeno necesario para soportar el metabolismo de la biomasa en el lodo activado

Tratamiento biológico

La degradación biológica ocurre en dos lechos: Uno de lijado y otro de pulido.Los tiempos de retención requeridos se mantienen y controlan en una caja de salida diseñada para proveer rangos de carga variable desde cero hasta uno.Las plantas absorben materiales por sus raíces y los utilizan para el crecimiento y almacenamiento en raíces, tallos, hojas).

Tratamiento biológico BLS

Los procesos bioquímicos que se operan en el microambiente radicular son:Oxidación carbonácea.Nitrificación.COHNS+ O2 + bact + Nutrientes CO2 + NH3 + C5H7O2N

C5H7O2N + bacteria 5CO2 + 2H2O + NH3 + Energía2NH3 + 4O2 3H2O + NO2 + NO3

Otros sistemasLa biomasa que vive en el biofiltro (trozos de plástico) depura las aguas en dependencia de los nutrientes que aporten las aguas residuales y que se mantengan las condiciones de humedad adecuadas (sobre el 60%).Requieren un tratamiento secundario donde se elimina el 50- 90% de los parámetros como: BOD, COD,SS, TOC y NH3. Tiempos de retención de 25 a 30 minutos.

Deshidratación de lodos orgánicos

Se produce en lechos de junquillos (Reed Beds).Los lechos de secado se construyen a continuación de los decantadores y pueden almacenar materia sólida. Los líquidos que se producen caen al fondo y por gravedad entran al sistema de tratamiento.

Otros sistemasLa deshidratación se realiza por 1-7 días, según el lodo (calmada) o por inducción forzada de aire. La digestión de lodos, se producen en digestores principalmente anaeróbicos ( durante 15- 30 días),que estimulan la generación de Biogas y que requiere de equipos complementarios y la asistencia de personal especializado. A más de metano se forma NH3, H2S, H2 CO2 y otros mercaptanos .

¿Cómo se construyen?

Cada sistema de tratamiento debe ser diseñado para un residuo líquido específico, por lo general incluye:1.La impermeabilización del fondo y taludes de los lechos.2.Una capa superficial de material como medio de cultivo, sobre el cual crecen plantas de pantano

¿Cómo se construyen?

3. Las plantas con sus raices forman una estructura reticular que oxigena el medio donde se desarrollan bacterias que digieren los residuos.

4. Se utilizan tuberías, accesorios y válvulas, que aseguran los tiempos de retención y control necesarios para el tratamiento

¿Cuánto tiempo duran?

Debido a que la arena, grava, el material de impermeabilización, tuberías, válvulas y accesorios de PVC, son virtualmente indestructibles, la vida de los SBS es teoricamente infinita.La permeabilidad (k) del lecho es mínimo, 100 veces más que LTAR, necesario para el desarrollo de una capa biológica.

¿Son seguros?

Los PSA son “a prueba de bala”, trabajan bajo condiciones adversas (en ambientes extremadamente fríos y calurosos)No generan mosquitos y enfermedades propagadas por estos vectores.No hay malos olores, porque los procesos son generalmente aerobios, sus productos finales son: CO2 , H2O, NO3, etc.

¿Qué ventajas presenta?

Bajos costos operativos.Muy poca o ninguna energía eléctrica.No requiere químicos.No necesita bombeo, trabaja por

gravedad.Poco personal de mantenimiento y

operación.Altos rendimientos de tratamiento.No existe espejo de agua libre


• Posibilidad de reutilizar las aguas en otras actividades (agrícola, piscicultura, lavado, etc.)

• Alta calidad del efluente en corto tiempo.• Las plantas que crecen sobre el pantano

(albahaca) pueden tener valor económico.

• En su construcción se utilizan materiales naturales( grava, arena, piedras, plantas)


• Se adapta a cualquier relieve del terreno.• Su construcción es modular.• El área del pantano puede ser utilizada

para recreación.• Un incremento de volumen de aguas

residuales a tratar, se cubre con la construcción de un nuevo módulo.

• Costo metro cubico tratado con reducción anual.

¿Cómo se construyen los lechos?

• Pasto• Arena (30cm)• Tubería de distribución de 20 cm.• Grava de 5/8, (10 cm.)• Grava de ¾, (10cm.)• Piedra bola.(30 cm.)• Tubería de recolección de 315mm.• Arcilla roja impermeabilizante (25cm), o

geomembrana.

Sistema de pantanos secos

Entrada de aguas residuales

Salida de aguas tratadas

Calidad del tratamiento

Aguas tratadas

En invierno

¿Qué plantas se siembran?• Common reed (Phragmites australis).

• Lake sedge, Ripgut (Carex lacustris).

• River bulrush (Scirpus flaviatilis).

• Broad- leaved cattail (Typha latifolia).

• Salt rush, Baltic rush (Juncus balticus).

¿Dónde se han construido?• En los estados Unidos (Massachussets,

Lloyd. New Hamshire, Vermont, Maine y Amherst).

• China.• Ecuador (Shushufindi y Santo Domingo,

Puerto Aguarico)

¿Cuál es su rendimiento?• Se estima que un pie cuadrado de lecho

trata aproximadamente 25, hasta 75 galones por año, mediante digestión aeróbica de lodos.

• Por vía anaerobia, cerca de 14 hasta 41 galones.

• Las bacterias pueden reducir sólidos volátiles de los fangos entre un 20 y 70%

¿Cuál es su rendimiento?

La combinación de digestión y absorción catiónica, provee un 99% de reducción el OD, DBO y concentración de metales pesados, con tiempos de retención de 24 horas (en lixiviados).

Tratamiento químico convencional

Costos: • Costo de construcción de la planta.• Costos por metro cúbico incremento anual.• Consumo permanente de energía• Consumo diario de químicos.• Costos del personal especializado para el

tratamiento.• Deterioro de las instalaciones.• Costos de mantenimiento.


Operación :• Generación de malos olores.• Generación de ruido.• Incremento de caudales que sobrecargan

las plantas de tratamiento.• Contaminación secundaria por formación

de aerosoles, gases, residuos de cloro, combustibles,lodos descargados a los ríos.


Rendimiento:• Remoción de contaminantes hasta un

70%.• Baja efectividad para eliminar metales

pesados.(ósmosis inversa)• Necesidad de , aireación para eliminar

excesos de Fe,y Mn.• Necesidad de ablandamiento, para

eliminar Ca y Mg.

Tratamiento Químico

Costo m3 tratamiento químico

0

5

10

1 2 3 4 5 10 11

Años

Co

sto

m3

US

D

TQ

Tratamiento por PSA

Variación costo USD/ m3

0123456

1 2 3 4 5 10 11

Años

Co

sto

US

D

SBS

Nuestra propuesta

• Diseño del sistema de tratamiento• Construcción de decantadores.• Construcción de Biofiltros de lecho

sumergido y Reed Beds.• Operación y mantenimiento (tres años).• Diseño paisajístico de el área de

tratamiento.

Nuestra propuesta• Adiestramiento del personal de la empresa

(2).• Manual de operaciones del Biofiltro de

lecho sumergido.• Muestreo de efluentes.• Reporte semanal o quincenal.

Conclusiones• Los Biofiltros de lecho sumergido son una

solución práctica, ambiental y económicamente sustentable.

• Consolidan la Gestión ambiental empresarial, dirigida al empleo de tecnologías limpias.

• Permiten cumplir con la normativa de vertido de aguas negras e industriales de la legislación vigente.

Conclusiones• Los pantanos secos artificiales pueden

ser replicados en cualquier región del país, siempre que tengan los desniveles adecuados.

• Son diseñados para el tratamiento de un residuo específico.

• Su construcción y operación es sencilla, a más de tener un bajo costo.

TRATAMIENTO DE CORTES Y RIPIOS DE

FORMACIÓN

ESTUDIO DE CASO“ENCANA”

PROYECTO LANDFARMING

FANNY 18B3, CAMPO TARAPOA

ANTECEDENTES La transnacional petrolera canadiense

ENCANA, desarrollaba sus actividades en el campo TARAPOA al nor-oriente de la Provincia de Sucumbios, hasta hace dos años, cuando es comprada por la Compañía China Andes Petroleum.

Qmax Ecuador, brindaba a ENCANA el servicio de lodos de perforación, base solución acuosa de nitrato de potasio.

ANTECEDENTESEl fluido proporcionado por Qmax, permitió

reducir el tiempo de perforación de 32-37 días a 11 días; generando un ahorro sustancial en los costos de perforación.

Sin embargo los cortes contenían más de 45000 ppm de nitratos, generando un elevado riesgo ambiental.

ANTECEDENTESLa DINAPA presiona a ENCANA, para que

inicie un programa de tratamiento de sus cortes y ripios de perforación.

En el 2001 se inicia un programa de investigación dirigido a reducir la concentración de nitratos, a cargo del Departamento de Investigaciones Biotecnológicas de Qmax.

ANTECEDENTES

Para el 2002 se logra desarrollar un sistema integral de manejo de cortes y ripios de perforación, que cumplian las normativas ambientales vigentes. Cabe señalar que en la normatividad ecuatoriana no existen análogos ni antecedentes técnicos que pudieran servir de guía metodologógica, para un emprendimiento en el campo de la Biorremediación.

LOGROSLas investigaciones desarrolladas durante un

año y medio generaron los siguientes resultados:

1. Patente de BIOSOIL.2. Obtención de un pool bacteriano con

capacidad para biodegradar nitratos bajo condiciones aeróbicas.

3. Diseño de un sistema de tratamiento de cortes y ripios de perforación.

LOGROS

4. Desarrolo de protocolos para aislamiento, identificación, reproducción y empleo masivo de microorganismos.

5. Manual de Bioseguridad ambiental para las operaciones de laboratorio y campo.

6. Control de todos los efluentes del proceso.

7. Ejecución de un sistema de tratamiento de cortes y ripios de perforación mediante Landfarming en piscinas.

LOGROSTiempo de tratamiento 32 días.Concentración de nitratos de 45.000 ppm a

200 ppm.

DESCRIPCIÓN DEL SITIO

La zona elegida fue el Campo Fanny 18B3 de Tarapoa, cuyas características podemos resumirlas en:

Nivel freático 4.5 mPluviosidad 3500 mm/annual.Temperatura 37-38 °C.Velocidad del viento 12-15 Km/h.Altura: 210 msnm.

DESCRIPCIÓN DEL SITIOUbicación equidistante a la mayoría de los

pozos del Campo.Población más cercana 3.5 Km.Disponibilidad de red eléctrica.Cercanía de un estero y fuente de agua.Vía de acceso, lastrada.

DESCRIPCIÓN DEL SITIOZona de asimilación petrolera.Presencia de remanentes de bosque nativo

y bosque secundario. Distribuidos en forma de mosaico.

Ausencia de vestigios arqueológicos,Relieve irregular, con depresiones y

amplios espacios anegados.Suelo arcilloso pardo- rojizo.


COMPONENTES Introducción Objetivos de la fase preoperativa Etapa I: Aislamiento e identificación de

cepas bacterianas. Etapa II: Diseño, construcción y puesta en

marcha de unidades piloto de laboratorio. Etapa III: Aplicación de campo.


Resultados obtenidosObservacionesConclusionesRecomendaciones


ETAPA PRE-OPERATIVA

INTRODUCCIÓN

Los lodos de perforación de la QMAX poseen altos contenidos de nitratos, que superan los niveles permitidos por la legislación ambiental ecuatoriana, factor que limita la incorporación de dichos lodos a actividades agrícolas y a proyectos de recuperación de suelos erosionados y deforestados de la amazonía ecuatoriana, constituyéndose en una fuente potencial de contaminación de aguas superficiales y subterráneas.

INTRODUCCIÓNCon la participación y asistencia técnica del

personal profesional de DISCAL, se desarrollo un producto eficaz denominado BIOSOIL, que exitosamente se viene empleando en la estabilización de lodos de perforación, en la reducción de los niveles de metales pesados y en la mejora de sus propiedades de fluidez y viscosidad.

INTRODUCCIÓNAhora se propone emplear BIOSOIL, en la

desnitrificación de lodos de perforación mediante Landfarming, con la introducción de cepas bacteriales desnitrificadoras, de tal forma que el nivel de nitratos; sea el adecuado como para soportar y mantener el desarrollo de especies vegetales de interés maderero e industrial.


ObjetivosDeterminar la idoneidad del

BIOSOIL para su aplicación en landfarming.

Aislar e identificar cepas bacterianas con potencial degradador de nitratos.

Establecer la mezcla óptima que garantice la más alta tasa de desnitrificación.

PROYECTO LANDFARMINGDeterminar la efectividad de la propuesta de desnitrificación mediante landfarming.

Establecer la frecuencia de inyección de cepas bacterianas en el tratamiento.

ETAPA I

AISLAMIENTO E IDENTIFICACIÓN SE CEPAS BACTERIANAS

Actividades RealizadasADQUISICIONES

Compra del material de campo para muestreo inicialImplementación de laboratorio para trabajo microbiológico

Actividades Realizadas Etapa I

Recolección bibliográficaInternetBibliografía especializada

Bergey”s Manual of Determinative Bacteriology

APHA, Metodos Estandarizados

Principios de Biorrecuperación,

Actividades Realizadas Etapa I

Recolección bibliográficaBiotratamiento de Residuos Tóxicos y Peligrosos Microbiología del suelo

TRABAJO DE CAMPO1. Toma de muestras en el sector

de Lumbaqui. Para obtener microroganismos capaces de biodegradar nitratos.

2. Muestreo de cortes, ripios y lodos de perforación, para identificar los componentes y propiedades físico-químicas

MUESTREOSe enviaron, las muestras de suelos y lodos

a Gruntec, para los análisis correspondientes, de contenido de metales pesados, nitratos, HPA, y parámetros físicos como: pH, conductividad (tabla de la ley 1215 para las Operaciones Hidrocarburíferas).

MUESTREO

TPHs = 4.200 ppm.Nitratos = 45.000 ppm-.pH = 9.8Conductividad = 1.250 S/cm.Cd = 237 ppm.V = 102 ppm.Hg = 87 ppm.Cr = 92 ppm.

MUESTREOLos cortes obtenidos en Lumbaqui, se

llevaron refrigerados al laboratorio de Qmax, para obtener a partir de siembras en medio nutritivo, las cepas bacterianas idóneas para el tratamiento de desnitrificación de cortes de perforación.

TRABAJOS DE LABORATORIO Preparación de medios de cultivo y

reactivos. Enriquecimiento

– General– Selectivo

TRABAJOS DE LABORATORIO Aislamiento y conservación bacteriano. Pruebas de biodegradación de nitratos. Control y Monitoreo (pH, Nit., Ufc,etc,). Mezcla óptima cortes, lodos, biosoil,

bacterias.

RESULTADOS

Aislamiento bacteriano.1. Se han aislado 60 tipos de cepas

morfológicamente diferentes de las muestras de lodos y cortes de Lumbaqui.

2. Se identificaron 11 cepas con cualidades desnitrificadoras

ETAPA II

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE

CELDAS EXPERIMENTALES

CONSTRUCCIÓN DE UNIDADES EXPERIMENTALES

Cada unidad experimental tenía un tamaño de 60x40x35 cm. (gabetas numeradas). Para el desarrollo efectivo de la desnitrificación fue indispensable aproximar las condiciones de las pruebas a las ambientales en tal forma que se garantice resultados lo más cercanos a los que se obtendrán en condiciones de campo.

MATERIALES Y MÉTODOSCeldas de madera de 60x40x35cm. (13)Juegos de jardinería (4)Balanza analítica (1)Balanza técnica 10 kg. (1)Lámina de polietileno negra 15m.Vasos de precipitación de 50, 100, 250 cm3

(2 de cada una).

MATERIALES Y MÉTODOSTamices (5)Espátulas (5).Pisetas (2)Frascos para toma de muestras de

lixiviados. (20)

MATERIALES Y MÉTODOSReactivos.BIOSOIL (1 saco de 32 Kg).Lodos de perforación/ cortes.Cultivo de microorganismos.Suelo natural.Nutrientes y factores de crecimiento.Agua destilada (10 lit).Semillas ( 5 variedades)

PROCEDIMIENTOS

Preparación de las celdas.Construcción de las celdas, con las

dimensiones acordadas (madera)Impermeabilización de las celdas con la

lámina de polietileno negro.Ubicación de celdas en sitios de fácil

acceso y maniobrabilidad, invernadero.

PROCEDIMIENTOSPreparación de la mezcla.Pesado de los componentes en base al cálculo por cada celda.

Mezcla y homogenización (manual o con ayuda de un agitador).

Hidratación, hasta alcanzar el nivel de hidratación óptimo (60%).

PROCEDIMIENTOSTendido de la mezcla en la celda.Vertido de la mezcla en la celda,

procurando distribuir uniformemente sus componentes.

Aclimatación (24 h)Introducción de cepas bacteriales

(inyección).

CELDAS EXPERIMENTALESUE 0 BLANCO: LODO SIN TRATAMIENTO

UE 1 LODO + BIOSOL Conc. 1 + CÓCTEL BACTERIANO




UE 5 LODO + BIOSOIL Conc. 5 + CÓCTEL BACTERIANO

CELDAS EXPERIMENTALESTodas la unidades experimentales tenían

una inclinación de 1° y disponían de un canal de desalojo para lixiviados, los mismos que se recolectaron y se trataron químicamente y posteriormente evacuados luego de su análisis correspondiente.

CONTROL Y MONITOREO DE UNIDADES.

Control de parámetros ambientales. (diario)Toma de lixiviados para análisis

(1,3,5,10,15,20 días)Introducción de nutrientes y factores de

crecimiento en fase líquida.Control del crecimiento poblacional de

microorganismos.

Resultados obtenidos Pruebas de biodegradación

AG R AFIC O C OM PAR AT IV ON itra tos vs T iem po

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

0 1 2 3 4 5 6 7 8T iem po (d ía s)

Nit

rato

s (

pp

m)

U E 1 U E 2 U E 3 U E 4 U E 5


GRAFICO COMPARATIVOPoblación vs Tiempo

0.E+00

1.E+09

2.E+09

3.E+09

4.E+09

5.E+09

6.E+09

7.E+09

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Tiempo (días)

Pob

laci

ón b

acte

rian

a (u

fc/g

)

UE1 UE2 UE3 UE4 UE5


GRAFICO COMPARATIVO pH vs Tiempo

6.6

6.8

7

7.2

7.4

7.6

7.8

0 1 2 3 4 5 6 7 8TIEMPO EN DÍAS

pH

UE1 UE2 UE3 UE4 UE5

Resultados obtenidos Tasa de biodegradación

TASA DE BIODEGRADACIÓN COMPARATIVA

0.103

0.35

1.04

0.17

0.35

1.4

0.29

0.63

1.55

0.24

0.57

1.73

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

TIEMPO (días)

ln(C

o/C)

Series1 Series2 Series3 Series4

Resultados obtenidos Tasa de crecimiento bacteriano

GRAFICO TASA CRECIMIENTO BACTERIANO

0.49

0.5

0.51 0.51

0.485

0.49

0.495

0.5

0.505

0.51

0.515

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5

UNIDAD EXPERIMENTAL

K/h

Conclusiones La relación Biosoil, lodo óptima

recomendada es 2.0- 2.5 sacos de Biosoil por metro cúbico de lodo.

La relación lodo/ suelo recomendada es de 1/0.5 a 1/1 respectivamente.

El volumen de Bacmax por metro cúbico de lodo será de 15 – 20 litros/ m3, cada 48 horas.

La alcalinidad generada por la desnitrificación es compensada por los ácidos húmicos, fúlvicos y cítrico presentes en el BIOSOIL.


Conclusiones BIOSOIL, es un sustrato idóneo para ser

utilizado en técnicas de landfarming Fuente de nutrientes para la

microflora bacteriana Mejorador de la estructura del

suelo Agente quelante de metales

pesados La desnitrificación de lodos y cortes de

perforación es factible mediante el empleo de cepas bacterianas desnitrificadoras autóctonas.


ETAPA III

APLICACIÓN DE CAMPO

ACTIVIDADESReuniones de trabajo y planificación de

campo.Desbroce y adecuación de espacios.Construcción de accesos.Instalación de campers.Construcción de piscinas.Instalación del sistema de provisión

bacteriana.

ACTIVIDADESConstrucción de pozos de control, bermas y

canales perimetrales.Inicio de las operaciones de tratamiento.Operaciones de tratamiento.Control de parámetros de proceso.Evacuación de cortes tratados.

ACTIVIDADESReconformación del relieve.Forestación perimetral del área de

tratamiento.

REUNIONES DE TRABAJO Con el personal técnico de ENCANA.1. QHSE.2. Logistica. Con el personal de apoyo de AZUL y

CETAGUA. Con la comunidad

DESBROCE Y ADECUACIÓN

Corte de maleza y arbustos del área elegida.

Elección de troncos para el cerramiento perimetral (alambrado).

Construcción de canales para evacuación de aguas de anegación.

Retiro de la capa fértil y almacenamiento perimetral para tareas de reconformación del paisaje.

CONSTRUCCIÓN DE ACCESOSTendido de troncos sobre el suelo arcilloso.Tendido de capa de piedra bola, ripio y

arena de río; en espacios asignados para vías de circulación.

Desplazamiento de tierras y relleno de depresiones.

INSTALACIÓN DE CAMPERSCampers viviendaCampers oficina.Camper bodega.Camper laboratorio.Camper Servicios.

CONSTRUCCIÓN DE PISCINASExcavación con retro excavadora.Dimenciones: 50 x 8 x 4 m.Pendiente del fondo 1.5°Pendiente de las paredes 75°Compactación de paredes y fondo con

arcilla y bentonita.Construcción de bermas perimetrales 50

cm de alto y 50 cm. ancho.

CONSTRUCCIÓN DE POZOSPozos de control de lixiviación de 4

pulgadas de diámetro.Dos pozos por cada piscina, en el sitio de

mayor pendiente.Profundidad: 4.5 mAltura sobre la superficie 60 cm.Protección perimetral de hierro.Tapón.Canales perimetrales de 40 x 50 cm.

INSTALACIÓN DEL SISTEMA DE PROVISIONAMIENTO

BACTERIANOInstalación de tanques (3 de 70 Bbls).Construcción de cubetos de seguridadInstalación de tuberías y accesorios en los

tanques de distribución.(3 pulgadas).Instalación de tuberías y accesorios en

torno a las piscinas de tratamiento (dos pulgadas).

INICIO DE LAS OPERACIONES DE TRATAMIENTO.

Control in situ (en el taladro) de las condiciones del corte de perforación.

Transporte de cortes en camiones impermeabilizados.

Disposicion diferenciada de cortes de superficie y de profundidad.

Adición de pool bacteriano a razón de 30-35 l/m3.

OPERACIONES DE TRATAMIENTO

Mezcla diaria de cortes para:1. Facilitar la aireación del sistema.2. Garantizar la distribución microbiana en

forma uniforme.3. Evitar acentamientos y creación de

condiciones anaeróbicas. Adición semanal de bacterias (dos

veces).


Toma de muestras de cortes para:1. Control de Ufcs.2. Determinación tasa de Biodegradación.3. Control,de pH, T, Humedad y

conductividad. Control de lixiviados (semanal).


Bombeo de aguas lluvias.Tratamiento de aguas lluvias Adición de cortes de perforación, según el

volumen recibido de los taladros.Bombeo de pool bacteriano desde reactor

hasta los tanques de distribución.

CONTROL DE PARÁMETROSpH.T,Humedad.Conductividad.DBO.DQO.Metales pesados.Ufcs.

EVACUACIÓN DE CORTES

La evacuación se realizó una vez que los análisis de laboratorio señalaron que los parámetros se hallaban dentro de los límites establecidos por la legislación ambiental.

Con la retro excavadora se desalojaron los cortes y se transportaron con camiones hasta los límites del campo para su disposición final.

RECONFORMACIÓN DEL RELIEVE

Con ayuda de planos y fotografías de archivo, se procedió a reconformar el relieve existente en la zona antes de la intervención.

Los cortes se dispusieron en capas compactadas de 40 cm.

En la superficie se tendió el suelo fértil almacenado desde el inicio de las operaciones.

FORESTACIÓN Sobre los cortes tratados y dispuestos en

las áreas asignadas se procedió a la siembra de:

1. Maní forrajero.2. Plantas hornamentales .3. Maderas.

RESULTADOSTiempos de tratamiento de cortes de

perforación: 50-62 días.Concentración final de nitratos 900-1200

ppm.pH, 6.7Conductividad, 25-30 S/cm.Metales pesados: menos de 0.05 ppm

RESULTADOSBuena tasa de forestación y crecimiento

vegetal, sin síntomas de toxicidad.Crecimiento de plantas hortícolas.Transformación de la zona en un

espacio verde.Control de todos los efluentes.Cortes aptos para ser utilizados en

calidad de suelos para actividaes agrícolas.

RECOMENDACIONES

Ampliar la investigación de alternativas de biorremediación para cortes de perforación impregnados con fluidos base aceite.

Desarrollar protocolos estandarizados para el tratamiento de cortes y ripios de perforación.

Ampliar el uso de tamices molecualres.

Biorremediación

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