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14 enero 2015 3 14 /01 /enero /2015 21:36

BIOREMEDIACIÓN DE METALES TÓXICOS EN DESECHOS MINEROS ES POSIBLE APLICANDO BIOSORCIÓN

La bioremediación permite eliminar contaminantes metálicos mineros. Su aplicación provee una ventaja técnica y económica frente a otros métodos como el intercambio iónico o el uso de membranas. La biosorción utiliza polímeros naturales, llamados biopolímeros; para absorber metales, algunos son derivados de algas como los alginatos, poliamidas de cabellos, colágeno de tejidos óseos o quitina y quitosano provenientes del caparazón de crustáceos.

El quitosano en particular se obtiene de la quitina, de esqueletos de langostinos, camarones, cangrejos, etc.

Una vez que la biomasa obtenida de los desechos de las industria del calamar de Humboldt y otros invertebrados ha sido fermentada, el residuo se convierte en un adsorbente eficaz en la remoción de metales de desecho. Este proceso se denomina bioadsorción

La bioremediación es parte de las tecnologías de remediación consideradas limpias, no contaminantes, otras son la fotólisis y sonólisis.

Quitina y quitosano, extraido de la caparazón de crustáceos por ejemplo, desde residuos de la industria de langostinos biosorben una serie de metales; además son útiles la celulosa de variedad de vegetales, colágeno de tejidos óseos, etc.

La bioremediación es parte de las tecnologías de remediación consideradas limpias, no contaminantes, otras son la fotólisis y sonólisis.

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BIOREMEDIACIÓN DE METALES TÓXICOS EN EFLUENTES MINEROS
APLICANDO BIOSORCIÓN

 

Quím. Jaime A. Flores Vásquez, Blga. Martha Ly,
Ph. D. Nelson Tapia Huanambal, M. Sc. Holger Maldonado García*

 

Resumen

La bioremediación es uno de los métodos para eliminar los contaminantes metálicos de los efluentes mineros. Su aplicación provee una ventaja técnica y económica frente a otros como el intercambio iónico o el uso de membranas. En la bioacumulación, técnica de la bioremediación, las especies metálicas se incorporan en el interior de las células de microorganismos; su inconveniencia radica en la necesidad de preparar cultivos y condiciones especiales para mantener las biomasas. En cambio la biosorción utiliza polímeros naturales, llamados biopolímeros; las características funcionales de estas macromoléculas les confieren la capacidad de absorber bajo condiciones predeterminadas, especies metálicas diversas, algunos son derivados de algas como los alginatos, poliamidas de cabellos, colágeno de tejidos óseos o quitina y quitosano provenientes del caparazón de crustáceos. El quitosano en particular se obtiene de la quitina, biopolímero más abundante después de la celulosa, su fuente principal es la industria alimenticia de langostinos, camarones, cangrejos, etc. La bioremediación por biosorción en el caso del quitosano es una técnica limpia a partir de materiales de desecho industrial. En el Perú la fuente principal son los desechos de la industria langostinera en nuestra costa norte.

Palabras clave: Bioremediación, bioacumulación, biosorción, biopolímero, quitosano.

Abstract

Bioremediation is one of the methods to eliminate metallic pollutants from leach mining. Its use provide technical and economical adventages compared to ionic exchange or membranes. In bioacumulation, a type of bioremediation, metal ions are incorporated into microorganism cells, its inconvenient is necessity to prepare cultures media and special conditions to mantain biomass. On the other hand, biosorption uses natural polymers, called biopolymers; functional features of these macromolecules give them metallic adsorption capacity in predetermined conditions; some of them are algae derivatives like alginates, poliamides from hair, colagen from bond tissues or chitin and chitosan extracted from crustaceous shells. Specially chitosan could be obtained from chitin, second most abundant biopolymer in nature next to cellulose, its main source is food industry of prown, shrimp, crab and similar. Bioremediation by biosorption in chitosan case is a clean process from waste industrial materials. In Peru the main source are wastes from prown industry in our north sea coast.
Keywords: Bioremediation, bioacumulation, biosorption, biopolymer, chitosan.

I. Introducción

La constante y creciente actividad minera en el Perú de los últimos años no sólo genera el importante beneficio de divisas y el desarrollo tecnológico de esta actividad productiva, los procesos mineros además producen contaminación en los recursos hídricos a donde se derivan sus relaves.

La bioremediación por biosorción ha demostrado ser parte de las nuevas tecnologías limpias y económicamente viables para aliviar este problema, considerando la biodiversidad de un país como el Perú es necesario investigar la variedad de biomasas naturales y las provenientes de nuestra industria como fuente de materiales aplicables en procesos de biosorción.

Hemos podido condensar un esquema que identificamos como necesario para desarrollar un proyecto de biorsorción, que al igual que los conceptos más importantes del tema es expuesto en el siguiente artículo.

II. Antecedentes

Desde hace varias décadas se estudian y desarrollan métodos para aliviar la contaminación que producen los metales tóxicos de la industria minero metalúrgica, así se dispone de métodos electroquímicos, técnicas de precipitación, membranas semipermeables, resinas de intercambio iónico, entre otras; si bien cada técnica es efectiva para una situación particular, el problema de aplicar procesos complicados y económicamente poco convenientes ha orientado la búsqueda de métodos más baratos y de fácil aplicación.

Los primeros estudios se enfocaron en el uso de microorganismos por la capacidad natural de las células de absorber especies metálicas como sodio, potasio y calcio, sin embargo los problemas asociados al manejo de los cultivos y los resultados de las investigaciones en los mecanismos de absorción derivaron en el uso de biomasas secas. En la absorción microbiana, llamada bioacumulación, las especies metálicas son efectivamente retenidas al interactuar con las organelas como fosfatos, proteínas y lípidos en el citoplasma celular compitiendo con los iones sodio, potasio y calcio en los mecanismos biológicos; sus posibilidades de desarrollar una mayor capacidad absorbente depende del tipo de microorganismo y su etapa de crecimiento.

Una característica química importante de las paredes celulares es que poseen igualmente grupos funcionales; las técnicas analíticas nos muestran que en ellas están presentes polímeros sustituidos con grupos aminos, amidos, carboxílicos, hidroxílicos, fosfatos. Una vez que la biomasa obtenida principalmente de los desechos de las industrias que realizan procesos de fermentación ha sido secada, el residuo se convierte en un adsorbente eficaz en la remoción de especies metálicas desde efluentes. Este proceso se denomina bioadsorción; igual que en la bioacumulación el tipo de micro-organismo determina los biopolímeros presentes en la biomasa seca y asimismo la concentración de los grupos funcionales disponibles como sitios de adsorción. Este conocimiento ha permitido que otras investigaciones se orienten al uso directo de los biopolímeros, desarrollando aún más la biosorción como técnica de bioremediación de metales tóxicos desde efluentes mineros.

Bioremediación

Se define como los procesos de eliminación de metales tóxicos desde los efluentes mineros, utilizando para lograr este objetivo materiales de origen biológico.

La bioremediación es parte de las tecnologías de remediación consideradas limpias, no contaminantes, otras son la fotólisis y sonólisis.

Los procesos pueden clasificarse según el tipo y estado de material biológico que se utilice, en este caso se definen dos técnicas diferenciadas:

                          

Biocumulación

Se basa en la absorción (sorción al interior) de las especies metálicas mediante los mecanismos de acumulación al interior de las células de biomasas vivas; varios estudios incluyen el uso de bacterias Gram+, Gram-, algas marinas, etc.

 

 

Bioadsorción

Es el proceso de adsorción (sorción de superficie) que se realiza sobre biomasas secas, a partir de residuos de cultivos de fermentación o de derivados de organismos animales y vegetales.

Las biomasas fungales residuales de los procesos de enzimas son útiles en la biosorción de uranio1, las algas secas en la biosorción de cadmio2, quitina y quitosano, extraido de la caparazón de crustáceos por ejemplo, desde residuos de la industria de langostinos biosorben una serie de metales; además son útiles la celulosa de variedad de vegetales, colágeno de tejidos óseos3, etc.

 

 

Biopolímeros

Los polímeros de origen biológico, llamados biopolímeros, son especies químicas de alto peso molecular, gran tamaño y forma predominantemente alargada que forman parte de las paredes celulares de células animales y vegetales así como de exoesqueletos (esqueleto exterior) de invertebrados y endoesqueletos (esqueleto interior) de vertebrados.

Son los principales responsables de la capacidad biosorbente de las biomasas; un biopolímero utilizado como adsorbente se denomina bioadsorbente.

Pueden ser de origen vegetal:

La variedad de vegetales contiene celulosa, biopolímero más abundante en la naturaleza cuya unidad monomérica es la glucosa.

 

 

En las algas los principales bioadsorbentes son los alginatos, formados de cadenas que incluyen al ácido manurónico y glucurónico como monómeros4.

 

 

O de origen animal:

El endoesqueleto de invertebrados contiene en promedio 20% de quitina, segundo biopolímero más abundante después de la celulosa, formado de N-acetil-2-glucosamina, del cual se deriva el quitosano, compuesto de 2-glucosamina, de mayor eficiencia en biosorción de metales5.

 

 

Igualmente en el caso de los vertebrados, sus células óseas contienen principalmente el biopolímero colágeno formado de los aminoácidos glicina junto a las llamadas prolinas.

 

 

III. La biosorción en el presente siglo*

El objetivo de la biosorción se centra en dos necesidades que surgen de las actividades mineras:

-    Proteger el medio ambiente de los metales tóxicos contenidos en los efluentes líquidos, removiéndolos de los relaves mineros previo a su evacuación (Removal).

-    Recuperar los metales perdidos en los procesos mineros (Recovery).

Estos objetivos los sustentan razones de orden legal, social y productivo:

-    Leyes estrictas que regulan las descargas de metales, aplicadas en los países industrializados.

-    La toxicidad de los denominados metales pesados confirma su impacto sobre el medio ambiente y la salud de las poblaciones.

-    Las actuales prácticas tecnológicas resultan en muchos casos inadecuadas por su complejidad y económicamente no viables.

En estas circunstancias la búsqueda de tecnologías para la remoción y recuperación metálica se orienta por criterios de eficiencia y bajo costo; la ventaja de la biosorción está en que cumple con estos requisitos:

-    Es una tecnología limpia; utiliza materiales naturales o los residuos de la industria (utilizando productos crudos, no sintéticos)

-    Es al mismo tiempo una técnica de fácil implementación.

-    El proceso de biosorción provee un rendimiento comparable al competidor comercial más cercano: las resinas sintéticas de intercambio iónico11. El precio de un bioadsorbente está en el orden de 1/10 del precio de una resina de intercambio

IV.    Áreas de estudio en un proyecto de biosorción

Si bien la técnica es de fácil aplicación y eficiente para lograr sus objetivos es necesario desarrollar las mejores condiciones del adsorbente para optimizar su eficiencia de acuerdo a las necesidades particulares del medio en que ha de aplicarse, para ello la investigación previa debe seguir un estudio disciplinado en las siguientes áreas:

 

 

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  • Biólogo desde hace más de treinta años, desde la época en que aún los biólogos no eran empleados de los abogados ambientalistas. Actualmente preocupado …alarmado en realidad, por el LESIVO TRATADO DE(DES)INTEGRACIÓN ENERGÉTICA CON BRASIL
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