Microbiología Uso de microorganismos en el tratamiento de aguas, suelos y residuos
Diego Cordero Gallegos MICROBIOLOGÍA AMBIENTAL
UNIVERSIDAD JUÁREZ AUTÓNOMA DE TABASCO División Académica de Ciencias Biológicas
Nombre del profesor:
M.C.A. Lucero Vázquez Cruz
Materia:
Microbiología Ambiental
Trabajo:
Función de los Microorganismos en el tratamiento de aguas, suelos y residuos.
Alumno:
Diego Cordero Gallegos
Matrícula:
121g19029
Grupo:
B06
INTRODUCCIÓN
Los microorganismos ocupan desde el inicio del Pre-Cámbrico, hace más de 3500 millones de años, todos los nichos ecológicos conocidos y constituyen, por tanto, una parte esencial de todos los ecosistemas actuales. Su importancia tanto cualitativa como cuantitativa, está fuera de duda, participando en el cierre de todos los ciclos de materia con formas quimio-sintéticas, exclusivas de la organización procariota, y con una diversidad metabólica tan amplia que, apoyada en su rápida tasa de multiplicación, asegura el éxito evolutivo de los mismos.
De hecho, cualquier estimación sobre el número de especies, procariotas son meras suposiciones: experimentos de reapareamiento de ADN han demostrado que puede haber hasta 10.000 genomas diferentes en pequeñas muestras de suelo y aguas superficiales. Así mismo, han demostrado cómo un solo gramo de suelo fértil puede contener hasta 2.500 millones de individuos.
Por otro lado, su importancia práctica es enorme con implicaciones en medicina, veterinaria, agricultura, alimentación, medio ambiente, etc... En este sentido, las líneas de investigación propuestas en este Programa, se incardinan en el empleo de microorganismos para el análisis ambiental y la restauración de ecosistemas.
El aumento de la población, la urbanización y la actividad industrial provocan la constante y persistente contaminación del medioambiente. Una de las estrategias más novedosas para la limpieza ambiental es utilizar bacterias que se alimentan de los residuos tóxicos. Esta técnica se ha empleado exitosamente en casos de derrame de petróleo, en agua y suelo. Hoy, la biotecnología moderna puede modificar genéticamente bacterias para hacer más eficiente este trabajo de descontaminación.
MICROORGANISMOS ¿Qué son los microorganismos? Los microorganismos, como su nombre lo dice, son seres vivos tan pequeños, que sus individuos solo se pueden ver en el microscopio. Tales como: Bacterias. Protistas (Protozoos y algas unicelulares). Hongos. Virus.
¿Dónde se encuentran los microorganismos? Los microorganismos son seres ubicuos, es decir, que se encuentran en todas partes. Se pueden encontrar en casi cualquier ambiente (sea extremo o no). Suelos Seres vivos Aire Agua Manantiales termales (>110 °C) Lixiviados ácidos Petróleo & Carbón Hielo (incluyendo el permafrost).
¿Cuál es la importancia de los microorganismos en los ecosistemas? Las cianobacterias fueron las primeras generadoras de oxígeno atmosférico. Degradan la materia orgánica en componentes inorgánicos. En algunos casos, son la base de la cadena alimentaria (fotoautótrofos y quimioautótrofos). Pueden mantener ecosistemas en ausencia de energía solar. Afectan al clima. Cooperan con plantas y animales: nitrificación de suelos. Bioluminiscencia.
BIOTECNOLOGÍA & BIORREMEDACIÓN ¿Qué es la biotecnología? Utilización o manipulación de organismos vivos, o de compuestos obtenidos de organismos vivos, para la obtención de recursos de valor para los seres humanos.
¿Qué es la biorremedación? La biorremediación es el proceso utilizado por el hombre para desintoxicar variados contaminantes en los diferentes ambientes (mares, estuarios, lagos, ríos y suelos) usando de forma estratégica microorganismos, plantas o enzimas de estos.
Esta técnica es utilizada para disminuir la contaminación por los hidrocarburos de petróleo y sus derivados, metales pesados e insecticidas; además se usa para el tratamiento de aguas domésticas e industriales, aguas procesadas y de consumo humano, aire y gases de desecho.
El término biorremediación fue acuñado a principios de la década de los '80. Los científicos observaron que era posible aplicar estrategias de remediación que fuesen biológicas, basadas en la capacidad de los microorganismos de realizar procesos degradativos.
Las primeras observaciones de biorremediación, fueron con el petróleo, después de algunos organoclorados y organofosforados; “se advirtió que los microorganismos no sólo eran patógenos, sino que además eran capaces de absorber compuestos orgánicos, algunos naturales, otros sintéticos, y degradarlos, lo que constituye el objetivo de la biorremediación” .
¿Cuáles son los usos de la biotecnología en el ambiente? Depuración de aguas residuales. Eliminación de residuos orgánicos: RSU, lactosueros, étc. Descontaminación de suelos. Lixiviación de metales pesados en extracciones minerales. Lucha contra las mareas negras y descontaminación del suelo. Insecticidas naturales. Producción de biocombustibles: bioetanol, biogás. Producción de biopolímeros (plásticos): PHB Uso de probióticos en sustitución de antibióticos.
SUELO ¿Qué es un suelo? El suelo se define como la parte exterior de la corteza terrestre está constituido por una capa de material fragmentario no consolidado; con solidado; es un sistema complejo que se forma por la interacción continua y simultánea de la materia a partir del cual se origina, del clima, del tipo de vegetación y fauna y de las condiciones particulares del relieve. (SEMARNAT, 2004).
¿Qué es un suelo contaminado? La contaminación del suelo se define por la presencia de determinado nivel de partículas, sustancias o materiales contaminantes sólidos o líquidos que deterioran la superficie terrestre o la pérdida de una o más de sus funciones. Se considera que un suelo está contaminado cuando hay presencia presen cia de sustancias químicas o sintéticas, u otros tipos de alteraciones en el ambiente natural del sueño. Los contaminantes pueden estar física o químicamente enlazados a las partículas del suelo o atrapados entre éstas.
¿Cuáles son las causas de la contaminación del suelo? El suelo se contamina por causa de las actividades del hombre o por otras alteraciones en el ambiente natural del suelo. En términos generales, la superficie de la tierra se daña por efecto de las actividades agrícolas, industriales y domésticas, a partir del uso de pesticidas, de la lixiviación (desplazamiento de sustancias solubles) de los desechos de los vertederos, de la percolación (paso de líquido a través de un material poroso) de las aguas superficiales e incluso de la liberación en las chimeneas de partículas tóxicas que se depositan en el suelo después de estar suspendidas en el aire.
En muchas ocasiones, el agua impura termina contaminando directamente el suelo a través su flujo sobre la capa terrestre. Es por eso que la lluvia ácida y los derrames accidentales afectan la calidad del suelo. Otras causas de contaminación son las descargas de desechos fecales a cielo abierto, la basura enterrada, los accidentes industriales y la agricultura intensiva.
¿Cuáles son los efectos de la contaminación del suelo? Las consecuencias de este problema afectan inmediatamente a las plantas. Así pues, las plantas pueden absorber las sustancias nocivas a través de sus raíces y consecuentemente, morir. Si se da el caso de que un animal ingiera hierba contaminada por efecto del suelo corre el riesgo de enfermar y morir también.
Ahora bien, también es posible que el metabolismo de los los microorganismos que residen en el suelo se altere y esto genere consecuencias en las cadenas alimentarias, con efectos graves en las especies depredadoras.
Un riesgo más: si un suelo agrícola está contaminado, eventualmente los cultivos se pudren y de esta manera se reduce el rendimiento de los cultivos y el suelo pierde su protección natural contra la potencial erosión.
Tratamiento de microorganismos:
suelos
contaminados
con
Los mecanismos que rigen la evolución de los plaguicidas en el suelo son diversos. Descomposición química, que tiene lugar por procesos de oxidación, reducción, hidroxilación, dealquilación, rotura de anillos, hidrólisis e hidratación.
Descomposición fotoquímica, que se produce por efecto del espectro de luz ultravioleta de la luz solar. Las fuentes de luz y su intensidad regulan el grado de descomposición de un compuesto.
Descomposición microbiana, la acción de los microorganismos del suelo sobre los plaguicidas es probablemente el mecanismo de descomposición más importante. Los microorganismos del suelo, bacterias, algas y hongos, obtienen alimento y energía para su crecimiento por descomposición de estos compuestos orgánicos sobre todo cuando carecen de otras fuentes.
Descomposición por las plantas y organismos, como consecuencia de los procesos metabólicos que tienen lugar en las plantas.
Muchos microorganismos, utilizan la mayoría de los contaminantes que pueden afectar el suelo, el agua y el aire, como fuente de energía, o como alimento, en el caso de los metales, ya también se tiene conocimiento de bacterias consumidoras.
Microorganismo Thiobacillus Ferrooxidans Thiobacillus Thiooxidans Leptospirillum Ferrooxidans Sulfolobus Acidiphilium Cryptum Th. Intermedius Th. Napolitanus Th. Acidophilus Metallogenium Sp. Heterotrofos
Fuente energética
Fe+2 S° Fe+2 S°, Fe+2 C orgánico S°, S-2, C orgánico S° S°, S-2 Fe+2 C orgánico
Tratamientos aplicados con microorganismos -In situ: adición de nutrientes o suelo, oxigenación. -Transporte y procesado del suelo contamina
Ventajas y desventajas del tratamiento de suelos con microorganismos
Ventajas
Menor costo que las tecnologías convencionales. Los contaminantes son usualmente convertidos a productos inocuos. Los contaminantes son destruidos, no simplemente transferidos a otros medios ambientales. Técnicas no intrusivas, potencialmente permiten el uso continuado del sitio. Relativamente fáciles de implementar.
Desventajas
Puede ser difícil su control. Las enmiendas introducidas al ambiente para incrementar la biorremediación. pueden causar otros problemas de contaminación. Puede no reducir la concentración de contaminantes al nivel deseado. Requiere más tiempo. Puede requerir monitoreos más extensivos Falta de control hidráulico. Efectividad difícil de predecir.
AGUA ¿Qué es el agua? El agua es la sustancia que más abunda en la Tierra y es la única que se encuentra en la atmósfera en estado líquido, sólido y gaseoso. La mayor reserva de agua está en los océanos, que contienen el e l 97% del agua que existe en la Tierra. T ierra. Se trata de agua salada, que sólo permite la vida de la flora y fauna marina. El resto es agua dulce, pero no toda está disponible: gran parte permanece siempre helada, formando los casquetes polares y los glaciales.(FAO, 2001)
¿Qué es la contaminación hídrica? Todo cuerpo de agua puede verse afectado por diversos tipos de contaminantes, dando lugar a una situación de sobra conocida, llamada contaminación del agua o contaminación hídrica. Ésta se convierte en un factor peligroso para la flora, la fauna y los seres humanos ya que el agua contiene sustancias tóxicas, bacterias y microorganismos que ocasionan males en la salud.
La contaminación hídrica se produce cuando los contaminantes se vierten directa o indirectamente en los cuerpos de agua. La afectación del líquido puede ser evidente cuando hay basura en la superficie, cuando su color es más oscuro de lo normal y cuando tiene un olor desagradable.
En ocasiones es difícil percibir la contaminación hídrica. Por ende, los científicos tienen que valerse de diversas técnicas para comprobar la calidad del agua y medir el nivel de contaminantes. Es importante recordar que no toda agua clara es limpia.
¿Cuáles son las causas de la contaminación hídrica? Del mismo modo que en el caso de la contaminación atmosférica, existen dos fuentes básicas de contaminación hídrica: naturales y antropogénicas. La s primeras contaminan con una frecuencia menor, pero pueden tener impactos igual de importantes como las acciones del hombre. Por ejemplo, el petróleo y el gas natural son potenciales compuestos contaminantes que se filtran en los océanos y los lagos a través de fuentes subterráneas naturales. La proliferación de algas y los desastres naturales también contribuyen a contaminar el agua con partículas extrañas.
Las actividades humanas, por su parte, afectan el líquido a mayor escala. Las industrias (fábricas, refinerías, plantas de tratamiento de residuos, etc.) y operaciones agrícolas suelen verter sus aguas cargadas de sustancias s ustancias químicas peligrosas. También es común que se desechen las aguas residuales humanas.
Los principales contaminantes son los fertilizantes y pesticidas agrícolas, los residuos del procesamiento de alimentos, la escorrentía agrícola, los metales pesados y otras sustancias que se encuentran en los productos de uso cotidiano.
¿Cuáles son los efectos de la contaminación hídrica? Los productos químicos de la escorrentía agrícola crean un ambiente tóxico para la vida acuática y en ocasiones, producen su muerte. Esta escorrentía es caldo de cultivo para las cianobacterias o algas verdeazules, que se reproducen de forma acelerada y crean una capa de algas nocivas para plantas y peces. Las zonas en las que se pre sentan son lugares donde hay poca o nula vida por debajo de la superficie.
En conjunción, se rompe el equilibrio de los ecosistemas acuáticos, los animales pueden enfermarse o morir intoxicados y la diversidad biológica se reduce en un área en específico.
Tratamiento de microorganismos:
aguas
contaminadas
con
Los tratamientos biológicos de aguas residuales constituyen una serie de importantes procesos de tratamiento que tienen en común la utilización de microorganismos (entre las que destacan las bacterias) para llevar a cabo la eliminación de componentes indeseables del agua, aprovechando la actividad metabólica de los mismos sobre esos componentes. La aplicación tradicional consiste en la eliminación de materia orgánica biodegradable, tanto soluble como coloidal, así como la eliminación de compuestos que contienen elementos nutrientes (Nitrógeno y Fósforo). Es uno de los tratamientos más habituales, no solo en el caso de aguas residuales urbanas, sino en buena parte de las aguas las aguas industriales.
En la mayor parte de los casos, la materia orgánica constituye la fuente de energía y de carbono que necesitan los microorganismos para su crecimiento. Además, también es necesaria la presencia de nutrientes, que contengan los elementos esenciales para el crecimiento, especialmente los compuestos que contengan Nitrógeno (N) y Fósforo (P), y por último, en el caso de sistema aerobio, la presencia de oxígeno disuelto en el agua. Este último aspecto será clave a la hora de elegir el proceso biológico más conveniente.
Componentes de una planta de tratamiento de agua:
Desbaste y desarenado. Tratamiento primario. Tratamiento biológico. Decantación secundario. Tratamiento terciario: -Lagunaje y filtro verde -Bacterias desnitrificantes. Eliminación de lodos: digestores anaerobio.
En el metabolismo bacteriano juega un papel fundamental el elemento aceptor de electrones en los procesos de oxidación de la materia orgánica. Este aspecto, además, tiene una importante incidencia en las posibilidades de aplicación al tratamiento de aguas. Atendiendo a cual es dicho aceptor de electrones distinguimos tres casos:
Sistemas aerobios : La presencia de O2 hace que este elemento sea el aceptor
de electrones, por lo que se obtienen unos rendimientos energéticos elevados, provocando una importante generación de fangos, debido al alto crecimiento de las bacterias aerobias. Su aplicación a aguas residuales puede estar muy condicionada por la baja solubilidad del oxígeno en el agua.
Sistemas anaerobios: En este caso el aceptor de electrones puede ser el CO2 o
parte de la propia materia orgánica, obteniéndose como producto de esta reducción el carbono es su estado más reducido, Metano (CH4) (CH4 )Wikipedia. La utilización de este sistema tiene, como ventaja importante, la obtención de un gas combustible.
Sistemas anóxicos : Se denominan así los sistemas en los que la ausencia de
O2 y la presencia de NO3- hacen que este último elemento sea el aceptor de electrones, transformándose, entre otros, en N2, elemento completamente inerte. Por tanto es posible, en ciertas condiciones, conseguir una eliminación biológica de nitratos (desnitrificación).
CONCLUSIÓN
Es necesario conocer las condiciones ambientales en las cuales se desea que los morfotipos trabajen, para así poder optimizar la biorremediación, cambiando los posibles parámetros físicos o químicos que puedan ir en contra de la actividad microbiana en el material a biorremediar o en el ambiente.
Por último hay que resaltar la importancia que tiene la selección de microorganismos autóctonos –aislados del lugar para la biorremediación –, debido a que estos mor- fotipos se encuentran mejor adaptados al contaminante; a diferencia de morfotipos foráneos, que aunque con una gran actividad biorremediadora, pueden no funcionar bajo las condiciones ambientales del lugar.
Antes de d e considerar cons iderar el uso de una un a tecnología de remediación, r emediación, es indispensable contar con información del sitio y llevar a cabo su caracterización, caracte rización, así como la del contaminante a tratar. Posteriormente, la tecnología puede elegirse con base en sus costos y a la disponibilidad de materiales y equipo para realizar el tratamiento.
Aunque el uso u so de las tecnologías de biorremediación se ha limitado para pa ra el tratamiento de compuestos orgánicos biodegradables, algunas pueden usarse para separar (fitorremediación) o disminuir la toxicidad (biodegradación) de algunos compuestos inorgánicos no biodegradables. Este tipo de tecnologías son ambientalmente más “amigables” y sus costos no son elevados. elevado s. Sin embargo, los tiempos de limpieza pueden
prolongarse hasta varios meses.
BIBLIOGRAFÍA
Introducción a la química ambiental / S. E. Manahan, Reverté, 2007
Pé rez, Mª N. Contaminación ambiental. Una visión desde la Química . C. Orozco, A. Pérez, González, F. J. Rodríguez, J. M. Alfayate. Thomson, 2003
Química Física del ambiente y de los procesos medioambientales
Juan E. FIGUERUELO y Martin M. DAVILA , Reverté, 2004
www.semartant.gob.mx
www.fao.org/home/es/ Las lagunas continentales de Tabasco. Rodriguez Rodriguez Ernesto. Primera edición 2002. UJAT. 2002
