Dra. Silvia M. Soto Córdoba Escuela de Química Centro de ... · acelerando el cambio del clima en el ... Incompatibilidad con el crecimiento microbiano: ... Phanerochaete chrysosporium

Centro de Investigación en Protección Ambiental (CIPA). Prohibida su reproducción parcial o total sin consentimiento expreso de los autores.

Biorremediación una opción para disminuir la contaminación de plaguicidas organoclorados,

encontrada en los suelos y las aguas.

Dra. Silvia M. Soto CórdobaEscuela de Química

Centro de Investigación en Protección Ambiental CIPA

Instituto Tecnológico de Costa Rica


Cambio climático global

• La contaminación puede estar acelerando el cambio del clima en el planeta.

• Los suelos altamente contaminados con plaguicidas, residuos de petróleo, metales pesados, hidrocarburos poliaromáticos PAHs, dioxinas, etc., no permiten el crecimiento de ciertas especies vegetales.


Objetivo de la presentación

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


Atenuación natural de la contaminación

• Los compuestos químicos interaccionan con el compartimiento suelo y pueden:– adherirse a los ácidos húmicos.– Dispersarse, absorberse, adsorberse– Sufrir reacciones bióticas y abióticas.

• Dependiendo de la naturaleza del compuesto meta estos pueden:– Ser recalcitrantes– Transformarse– Mineralizarse.


Biorremediación

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


¿Qué puede hacer la biorremediación?

Mejorar suelos altamente contaminados en forma rápida, eficiente y barata.


Recuperación de los suelos

Físico químicosCarbón activado

Fotodegradación con UVCatalizadores

LavadoMicrondas

Desorción térmica

Biológicos

BioaumentaciónBioestimulación


Bioestimulación

• Combinación de técnicas:– Oxígeno (peróxido de

hidrógeno)– Nutrientes (fosfatos)– Y mezclas que regulen el pH y

la temperatura.


Bioaumentación

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


Bioaumentación Bioestimulación

Tratamientos físico químicos

Remediación del suelo


Algunas visiones

• VISIÓN OPTIMISTA: El suelo es un compartimiento ambiental que posee la capacidad de “descomponer” todo tipo de material.

• VISIÓN PESIMISTA: Existen compuestos químicos que no pueden degradarse.– Los métodos biológicos no pueden

controlarse.


Degradación natural del TCE

• Solventes clorados tipo TCE (Tricloroetileno), PCE (tetracloroetileno), 1,1,1-tricloroetano (TCA) y tetraclorurode carbono (CTC)


Estudio de un caso

• Producción de plaguicidas en una planta de Hamburgo Alemania 1923-1984.

• La principal contaminación: clorofenoles, clorobencenos y otros hidrocarburos clorados

• Solución: inyección de oxígeno


Oxidación de la pirita56%

oxidación del hierro5%

oxidación del amoniaco2%

Extracción32%

Almacenamiento3%

oxidación del contaminante2%


Interacción microorganismo y compuesto meta


Incompatibilidad con el crecimiento microbiano: demasiado seco, demasiado caliente o frío, insuficiente cantidad de oxígeno o de nutrientes, pH inadecuado, o la ausencia de los metales requeridos como cofactores.

Poca biodisponibilidad del tóxico: este puede estar presente en forma de grandes gotas, o encapsula do por una barrera (plástico, madera, metales, etc.), con lo cual no está disponible para la degradación microbiana.

Los microorganismos degradadores no mineralizan el compuesto: dejando intermediarios algunas veces más persistentes que el compuesto inicial.

Existen otras fuentes de carbono más fácilmente metabolizables : con lo cual se causa una represión catabólica de las enzimas degradadoras.

La concentración del tóxico está bajo los límites de degradación: no existe suficiente cantidad para activar los procesos enzimáticos correspondientes.

Se producen intermediarios más tóxicos : y estos productos eventualmente pueden envenenar los microorganismos presentes, o estos últimos no presentan la capacidad de degradar estos intermediarios.

No existen microorganismos capaces de degradar el tóxico.


Ventajas de la biorremediación

• Es una técnica barata.• Permite utilizar los recursos genéticos

nativos en la resolución de problemas regionales.

• A diferencia de algunos tratamientos físico químicos no se traslada la contaminación a otro lugar.

• Es una opción “ambientalmente amigable”.


Principales preguntas

• ¿Existen microorganismos capaces de degradar el compuesto meta?

• ¿Cuáles son los mecanismos de biodegradación?• ¿Cuál es la velocidad de degradación de los

compuestos meta en el laboratorio e in situ?• ¿Cuáles son las condiciones redox más favorables

para la biorremediación?• ¿Cuáles adaptaciones se requieren?• ¿Los costos son competitivos?


Limitaciones de la tecnología

• No es aplicable en ambientes altamente contaminados:– Es necesario realizar una dilución o

un pretratamiento físico-químico.

• Es más lento que la remediación• La etapa de investigación es

costosa.


Ejemplos de microorganismos

Microorganismo Compuesto químico que degrada Phanerochaete chrysosporium DDT, lindano, 3,4-dicloroanilina,

dieldrin, pentaclorofenol, aroctor 1,2,5,4, bifenilo, 2-chlorobifenilo, y 2, 2’,4,4’-tetraclorobifenilo

Pleurotus ostreatus, Phellinus weirii y Polyporus versicolor

DDT

Lentinus edode, Trametes versicolor PCP Phanerochaete chrysosporium Cierto tipo de dioxinas Trametes versicolor y Pleurotus ostreatus TNT Streptomyces setonii, Pseudomonas aeruginosa T1, Pseudomonas putida

Fenol


Degradación de los plaguicidas

• Fueron diseñados con el objetivo de eliminar insectos, hongos, bacterias, etc.

• Al menos en teoría se espera que no sean degradables.


Estrategia utilizada

Se propuso evaluar la viabilidad de inocular en un suelo contaminado, bacterias

nativas aisladas desde materiales y suelos contaminados obtenidos en un aserradero localizado en la VIII Región de Chile, con

el fin utilizar estas experiencias, para posteriormente implementar la

biorremediación de suelos.


Ejemplos de microorganismos utilizados para degradar el PCP.

Consorcio o microorganismoutilizado.

Principal(es) compuesto(s)encontrado(s) luego del

tratamiento microbiano.

Referencia.

Consorcio de microorganismosanaerobios encontrados en unfango de drenaje municipal.

2,3,4,5-tetraclorofenol;3,4,5–triclorofenol y

3,5–diclorofenol.

Mikesell yBoyd 1988.

Phanerochaete chrysosporium. 2,3,5,6–tetracloro–2,5–ciclohexadien–1,4–diona.

Mileski et al.1988.

Flavobacterium sp. Hidroquinonas cloradas. Steiert yCrawford

1986.

Streptomyces rochei 303. 2,3,5,6-tetraclorofenol;2,3,6-triclorofenol;

octacloro-para-dibenzodioxinay su precursor

nanoclorofenoxifenol

Zaborina etal. 1997.

Rhodococcus y Mycobacterium Pentacloroanisol Häggblom etal. 1988.

Nota: en estos experimentos se utilizaron muestras de suelo contaminadas con PCP.


Principales dificultades


2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 5 10 15 20 25

Tiempo (h)

Log

10(U

FC m

L -1) SC2/07/08-99

SC1/08/08-99Vertedero/33/08-99SD3/18/08-99SD1/03/08-99AV/01/08-99

Crecimiento en medio líquido 436 mg PCPNa L-1


Degradación PCP

0

20

40

60

80

100

120

0 2 4 6 8 10 12

Días

% D

egra

daci

ón d

el P

CFN

a

CI-PCFNa 5

CI-PCFNa 10

CI-PCFNa 20

CI-PCFNa 50

CI-PCFNa 200


Crecimiento

4

4.5

5

5.5

6

6.5

7

7.5

8

8.5

9

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Días

Log

(UFC

/mL)


Inoculación de las cepas seleccionadas

Recolección del efluente

Sección A, entre 0 y 20 cm

Sección B, entre 21 y 40 cm

Sección C, entre 41 y 60 cm

Sección D, entre 61 y 80 cm


0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

30 días 60 días

mg

PCP

kg-1

suelo

Inóculo libre (Columna 1) Inóculo inmovilizado (Columna 2)

Inóculo libre, sección A esterilizada (columna 3) Inóculo inmovilizado, sección A esterilizada (Columna 4)

Control 1 (Columna 5) Control 2, sección A esterilizada (columna 6)

Cantidad inicial de PCP

Comparación de las cantidades residuales de PCP encontradas en las secciones A de las columnas

de suelo, conforme transcurría el tiempo de tratamiento bacteriano con la cepa AV/01/08-99.

Inóculolibre

Inmovilizado

Inóculolibre

Inmovilizado


Conclusión

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

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