1

Título: Biorremediación del Agua

Resumen:

La biorremediación es una biotecnología que consiste en emplear

microorganismos y plantas para la degradación y descontaminación de suelos y

aguas. Esta puede llevarse a cabo de dos maneras: in situ y ex situ cada una con

sus ventajas y desventajas según el meto que se utilice: degradación enzimática,

degradación microbiana y fitorremediación.

La biorremediación resulta una técnica altamente atractiva ya que su costo a

comparación de los tratamientos químicos generalmente utilizados suele ser de

muy económico y rentable.

En México los estudios realizados en esta materia han demostrado que la

biorremediación tiene una alta efectividad en la remoción de contaminantes tanto

en aguas como en suelos y se han empleado distintos organismos como son

microalgas, cianobacterias y bacterias fotosintéticas en diversos estudios

demostrando la efectividad de estas para degradar gran cantidad de

contaminantes encontrados en los mantos acuíferos y aguas residuales.

La biorremediación no es una técnica milagrosa y como todo tiene sus limitaciones

como son la contaminación con metales pesados que no son biodegradables o la

acumulación toxica de hidrocarburos livianos que disuelvan las membranas

celulares. Para ello se han buscado soluciones viables que a pesar de hacer más

lento el procedimiento logran tener una gran eficacia la mayoría de las veces.

2

Marco teórico:

A inicios de la década de los 80 surge el término biorremediación, refiriéndose con

ello a la aplicación de estrategias biológicas así como fisicoquímicas cuyo objetivo

es degradar naturalmente ciertos compuestos que contaminen el medio ambiente,

considerando suelos, fangos y mares.

La posibilidad de aplicar técnicas biorremediativas se vislumbró gracias a la

observación científica de la capacidad degradativa de los microorganismos

además de su actividad patógena. Las primeras observaciones y estudios sobre la

Biorremediación se efectuaron en el petróleo, y posteriormente en organoclorados

y organofosforados.

En lo que a nuestro país respecta, se tienen estudios realizados por PEMEX

(Petróleos Mexicanos) y el IMP (Instituto Mexicano del Petróleo) registrados desde

1997, donde se detalla la situación de las costas contaminadas por petróleo en el

trópico mexicano y además, se considera a la Biorremediación como una de las

maneras más adecuadas para restaurar zonas contaminadas.

También, en México se cuenta con muchas empresas que cuentan con varios

métodos de remediación de ambientes contaminados, pero no fue hasta 1997,

cuando las autoridades ambientales decidieron verificarlas y certificarlas.

La biorremediación es una tecnología que utiliza el potencial metabólico de los

microorganismos (fundamentalmente bacterias, pero también hongos y levaduras)

para transformar contaminantes orgánicos en compuestos más simples poco o

nada contaminantes, y, por tanto, se puede utilizar para limpiar terrenos o aguas

contaminadas (Glazer y Nikaido, 1995).

Actualmente, la biorremediación es considerada una rama de la biotecnología que

emplea no sólo microorganismos, sino también enzimas y organismos vegetales

3

para degradar compuestos que desequilibren al ambiente y así, poder solucionar

la problemática de contaminación de nuestras aguas y suelos.

Los tratamientos necesarios para la biorremediación tienen la ventaja de ser más

económicos, su efecto en el ambiente es mínimo, y funcionan de manera más

eficaz que los métodos químicos.

Los procesos de biorremediación básicamente pueden ser:

1. Degradación enzimática:

2. Remediación microbiana

3. Fitorremediación

Problema:

Es evidente el impacto que ha tenido la actividad humana en nuestros cuerpos de

agua; están siendo afectados por diversos agentes, tales como: pesticidas,

herbicidas, hidrocarburos de todo tipo, así como desechos industriales y

domésticos entre otros; los cuales han generado un incremento significativo de

sedimentos, materiales suspendidos, microorganismos patógenos y materia

orgánica.

Lo anterior esta aunado a modificaciones de temperatura, impedimento del paso

de luz y contaminación por sustancias radiactivas.

La intención de este trabajo es proponer una nueva alternativa para resolver los

problemas de contaminación que aquejan los ríos, canales y mantos acuíferos de

la Ciudad de México.

Para ello, la Biorremediación, constituye una solución viable para frenar e ir

paulatinamente revirtiendo el grado de contaminación que sufren cuerpos de agua

como: el Río Lerma, el Río Magdalena, Canal de Chalco, Canal Nacional, el Río

4

Balsas, el Río Moctezuma, El Lago de Chapultepec, los Canales de Xochimilco,

entre otros.

Objetivos:

1. Dar a conocer el proceso de la Biorremediación.

2. Reconocer esta problemática en la Ciudad de México, en particular

3. Mediante el análisis e interpretación de la información disponible, plantear las

ventajas de la Biorremediación como alternativa de solución.

Desarrollo:

El agua es uno de los recursos más importantes que existen, sin embargo es

usada de una forma descuidada bajo el pretexto de que es prácticamente

inagotable; provocando así una sobreexplotación de los mantos acuíferos como

también una descontrolada contaminación hasta llegar al grado de inutilizar estos

cuerpos de agua destruyendo así sus ecosistemas.

Dentro de los agentes contaminantes responsables de este daño a nuestros

sistemas acuáticos tenemos: compuestos químicos como refrigerantes,

disolventes, plásticos, detergentes; así como hidrocarburos de todo tipo (alifáticos,

aromáticos, BTEX, PAHs, etc.), hidrocarburos clorados (PCBs, TCE, PCE,

pesticidas, herbicidas, etc.), compuestos nitroaromáticos los cuales son

considerados carcinógenos (TNT y otros), metales pesados, compuestos

organofosforados, cianuros, fenoles, entre otros.

Es así, como la Biotecnología se ha encargado del estudio de problemas

ambientales como éste, con el propósito de desarrollar nuevas alternativas que

sean útiles para tratarlos. Gracias a la aparición de nuevas tecnologías y un mejor

conocimiento de los organismos, surge la Biorremediación: el uso de seres vivos

5

para eliminar o neutralizar sustancias contaminantes y nocivas del medio

ambiente.

A continuación se detallan los diferentes tipos de biorremediación que existen:

• Degradación enzimática

Las sustancias contaminantes son degradadas a través de enzimas producidas

por bacterias modificadas genéticamente o de manera natural.

El proceso ocurre de la siguiente manera:

Se introducen las enzimas al medio contaminado para que hidrolicen o rompan

polímeros complejos y después intervengan los microorganismos para terminar de

degradarlos. Como ejemplos se pueden citar: las lipasas (enzimas que degradan

lípidos), las proteinasas (hidrolizan proteínas) y las amilasas (degradan almidón).

También, existen enzimas con capacidad para degradar compuestos altamente

nocivos, los cuales no pueden tratarse con microorganismos debido a que las

condiciones del medio (altamente tóxicas), no les permiten desarrollarse.

Un caso de este tipo de enzimas es la peroxidasa, que degrada fenoles y aminas

aromáticas presentes en aguas residuales de gran cantidad de industrias.

• Remediación microbiana

Los microorganismos utilizados para la biorremediación de aguas contaminadas

pueden ser los autóctonos, es decir, los que ya se encuentran presentes en el

medio; o bien, ser introducidos de otros ecosistemas.

La reducción de la polución ocurre gracias a los procesos metabólicos de los

microorganismos, donde éstos toman como fuente de carbono a los

contaminantes del sistema, así como nutrientes (fósforo, nitrógeno, entre otros)

6

para transformarlos en compuestos más pequeños y menos nocivos o bien,

degradarlos totalmente en dióxido de carbono y agua.

Otra forma de mejorar las condiciones de un cuerpo de agua contaminado, es el

uso de biopelículas, que son organizaciones microbianas (ya sean bacterias,

hongos y protozoos) que se adhieren a las superficies ya que secretan un

exopolímero. Gracias a ellas, las sustancias orgánicas de los desechos se

degradan a dióxido de carbono, gas metano y otros nutrientes inorgánicos. Este

tratamiento de aguas residuales se da dentro del fondo de un tanque cuyo interior

contiene lodos o agregados de biopelículas unidos a partículas muy pequeñas. A

continuación ocurre la degradación anaeróbica de los sustratos orgánicos en el

lodo y allí mismo se genera gas metano como uno de los productos finales (que

puede utilizarse para generar energía). Finalmente, el residuo del lodo y las

células bacterianas se pueden secar y ocupar posteriormente como abono para la

tierra.

Otro agente contaminante que pueden ayudar las biopelículas a eliminar son los

hidrocarburos, pues las bacterias oxidantes (como Pseudomonas, corinebacterias

y micobacterias) y algunas levaduras tienen la capacidad de adherirse a las gotas

insolubles de éstos y de lograr la dispersión de la capa que forman.

Sin embargo, se requieren condiciones especiales de oxígeno, temperatura, pH,

nutrientes, para que la biorremediación con biopelículas se pueda llevar a cabo.

Igualmente, la participación de las biopelículas para tratar compuestos usados

como disolventes para limpieza como los alcanos y alquenos clorados se da por

medio del desarrollo de biobarreras que consisten en agrupaciones de biopelículas

constituyendo una barrera impermeable para impedir el flujo del agua contaminada

a otros sistemas.

7

Como ejemplo de lo anterior, se puede mencionar la implementación de hongos

ligninolíticos, que ha demostrado ser útil para la degradación de compuestos

nitrados.

Cuando la acumulación de sustancias tóxicas o no biodegradables (por ejemplo,

los metales pesados) es demasiada, no es conveniente utilizar este tipo de

biorremediación debido a que se ve afectada e inhibida la colonización y

crecimiento de los microorganismos.

La degradación de moléculas muy resistentes puede llevarse a cabo gracias a

microorganismos genéticamente mejorados.

Este tipo de biorremediación es una buena alternativa gracias a la gran variedad

de microorganismos que existen para descontaminar y por ello, actualmente se

está investigando exhaustivamente en esta materia.

• Fitorremediación

Durante este proceso se aprovechan las capacidades que tienen ciertas especies

de organismos vegetales para absorber, acumular y tolerar grandes cantidades de

contaminación; estas capacidades se pueden adquirir por modificación genética o

ser naturales.

El procedimiento en que consiste se explica a continuación:

Se siembra la planta que extraerá el contaminante o contaminantes deseados en

el cuerpo de agua. Después de un tiempo determinado, la biomasa es cosechada

e incinerada si es el caso, o se trata de diferente manera dependiendo del

contaminante que sea. Así, se evita que los contaminantes extraídos por las

plantas sean transmitidos a través de las cadenas alimentarias hacia otros seres

vivos.

8

Cabe mencionar que la degradación con plantas resulta ser mucho más rápida en

algunos casos que con el empleo de microorganismos.

Cabe mencionar la importancia de la aplicación del humus para estimular la

biorremediación de sitios contaminados ya que este recurso es muy ventajoso

pues es muy abundante y obtenerlo no es muy costoso, además de que hay que

considerar sus propiedades inertes, es decir, que al introducírsele a un ambiente

contaminado no ocasiona que intermediarios o productos indeseables se

acumulen.

La biorremediación puede llevarse a cabo de dos maneras:

• In situ: consiste en tratar las aguas, suelos y demás lugares contaminados sin

sacarlos del lugar en que se encuentran.

• Ex situ: consiste en llevar a cabo los procesos de tratamiento tras la excavación o

extracción del medio contaminado.

Estudios realizados en el Instituto Mexicano del Petróleo han demostrado el gran

potencial que la aplicación de las tecnologías de biorremediación en lugares

contaminados.

El estudio se realizo en tres etapas:

En la primera se llevo a cabo la identificación y caracterización de la

contaminación del lugar de estudio en este caso, en Cárdenas, Tabasco. En este

sitio se realizaron también los parámetros físicos, químicos y también

microbiológicos, así como la selección de residuos en calidad de mejoradores a

utilizar durante el estudio.

9

La segunda etapa del proyecto involucro varias pruebas de tratabilidad para

seleccionar y establecer las mejores condiciones para removerlos hidrocarburos

contaminantes del área. Los resultados permitieron escoger las variables que

mejoraron de forma importante la degradación de hidrocarburos y establecer las

variables más importantes para maximizar estos valores.

La tercera etapa consistió en aplicar varias técnicas de biorremediación en varios

sistemas. Los resultados obtenidos demostraron una gran efectividad de los

métodos de biorremediación en la degradación de hidrocarburos derivados del

petróleo ya que se logro una reducción máxima del 94% después del tratamiento,

respecto a la concentración inicial.

PAPEL DE LAS MICROALGAS EN LA BIORREMEDIACION DE AGUAS

CONTAMINADAS.

Los contaminante orgánicos en el medio acuático son degradados naturalmente

por diversos microorganismos, incluyendo algas las cuales que han demostrado

su gran capacidad para poder degradar y biotransformar distintos contaminantes

incluso lo aromáticos que se encuentran de manera muy común en aguas tanto

naturales expuestas a la contaminación como en aguas residuales.

La biorremediación asistida con microalgas es muy útil debido a su capacidad

fotosintética, que les permite convertir la energía solar en biomasa, que incorpora

o contiene nutrientes como nitrógeno y fosforo causantes de la eutroficación.los

procesos que utilizan las microalgas y cianobacterias están enfocados

principalmente a remover los nutrientes y metales pesados presentes en las aguas

residuales.

Las microalgas y cianobacterias suministran de carbono reducido y nitrógeno a la

microbiota que se encuentra en los ecosistemas acuáticos, esto incrementa el

potencial de degradación y eliminación de contaminantes. Algunas algas,

10

bacterias fotosintéticas y cianobacterias son útiles como indicadores de

contaminación por lo que tienen un uso práctico en pruebas de toxicidad.

LIMITACIONES DE LA BIORREMEDIACION

A este punto es importante mencionar que la biorremediación tiene sus

limitaciones y no se debe esperar una panacea. Aunque los hidrocarburos en el

intervalo de gasolina y diesel (n-alcanos) se biodegradan fácilmente, es

relativamente difícil la restauración de sitios altamente contaminados por

hidrocarburos poliaromáticos (HPAs) a través de la biorremediación (Atlas, 1986).

Otras limitantes de este proceso son las concentraciones tóxicas de los

hidrocarburos de bajo peso molecular, y las concentraciones altas de metales (que

no son biodegradables), así como también la alta concentración de hidrocarburos

pesados y sedimento de textura fina pero cada uno con soluciones propias.

A causa de esto se debe de considerar la biorremediación como una de las

alternativas de tecnologías para el saneamiento de sitios contaminados por

hidrocarburos.

De cualquier modo, usualmente se compensan estas limitaciones por el ahorro en

los costos, en comparación con otras tecnologías de restauración.

11

Resultados:

Se sabe que existen varios procesos empleados actualmente para disminuir la

toxicidad y contaminación de aguas, la siguiente tabla muestra sus principales

desventajas:

Ahora, dando el enfoque a la Biorremediación, gracias a que se investigó sobre

ella, se logran presentar sus ventajas y desventajas, listadas a continuación:

Ventajas:

� Es una alternativa económica, pues las plantas utilizadas en la

fitorremediación actúan como extractores de bajo costo.

� Se pueden descontaminar grandes superficies.

� No se transfiere o se hace en cantidades mínimas, la contaminación de un

sistema a otro.

� En la mayoría de los casos no necesita de componentes mecánicos o

estructuras en particular.

� Es económica.

� La sociedad la acepta más fácil pues es una alternativa natural.

Desventajas:

� En el caso de la fitorremediación, los procesos pueden durar mucho tiempo

además de que se requieren aguas poco profundas para que ocurra de

manera eficaz.

TÉCNICA DESVENTAJAS

Uso de químicos que reduzcan

nutrientes contaminantes.

Muy costosa y poco efectiva

Plantas de tratamiento de aguas Sólo remueven aproximadamente el

9% de la contaminación y un alto

costo

Sedimentación y Tamizado Sólo retiran partículas sólidas.

12

� En los otros tipos de biorremediación es complejo predecir el periodo de

tiempo que durará el proceso.

� Si la degradación no se completa correctamente, los intermediarios

metabólicos resultantes pueden ser igualmente o más tóxicos que los

compuestos iniciales.

� Es muy laborioso controlar y darle seguimiento a la velocidad y extensión

del proceso.

Es de esta manera, como la realización del presente trabajo permite además de

informar sobre el proceso biorremediativo, saber que esta tecnología es superior

en la mayoría de los aspectos a los demás métodos utilizados comúnmente.

Análisis e interpretación de resultados:

En este trabajo se logra presentar la Biorremediación como una alternativa mucho

más viable a comparación con las técnicas utilizadas más comúnmente, para

recuperar las aguas contaminadas de nuestra capital y para tratamientos de

residuos tanto industriales como domiciliarios.

Además, es importante conocer que con la aplicación de técnicas

biorremediativas, se disminuiría la consecuente filtración de los contaminantes a

las aguas subterráneas, que constituyen nuestra reserva de agua potable.

Finalmente, y como parte de esta solución, se considera como aspecto vital para

el éxito de esta innovadora alternativa, inculcar y reforzar una cultura ambiental

dentro de los ciudadanos del Distrito Federal, considerando en gran medida el

cuidado y responsable uso del agua. Pues este es un factor que en estos días se

ha dejado muy de lado y no se ha logrado que la sociedad reaccione ante esta

fuerte problemática de manera favorable.

13

Conclusiones:

La biorremediación es una alternativa rentable al problema que enfrenta México

actualmente en materia de contaminación.

A pesar de tener limitaciones como lo es el tiempo, éstas son compensadas tanto

en efectividad como en costo y beneficio.

Sin embargo la complejidad de las interacciones entre microorganismos y

contaminantes así como su composición y distribución hace difícil el poder

determinar su capacidad para degradar los contaminantes.

Sería muy benéfico para nuestra ciudad, tomar como nueva técnica para el

tratamiento de nuestras aguas la Biorremediación, pues los recursos tanto

naturales como económicos que requiere su implementación están a nuestro

alcance y sería muy ventajoso para mejorar la calidad de las aguas capitalinas.

14

Referencias:

Adams, R. H., Domínguez, V. I., García, L. (1999). Potencial de la biorremediación de

suelo y agua impactados por petróleo en el trópico mexicano. Universidad Juárez

Autónoma de Tabasco, Vol. 17 (núm. 2), pp. 159-174.

Arboleda, D. (2006). Consideraciones ambientales en la evaluación de proyectos

acuícolas. Revista electrónica de Veterinaria REDVET, Vol. 7 (núm. 7)

http://www.veterinaria.org/revistas/redvet/n090906/090623.pdf [Recuperado el 4

de Marzo de 2010, de World Wide Web.]

Betancourth, M., Botero, J., Rivera, S. (2004). Biopelículas: una comunidad

microscópica en desarrollo. Colombia Médica, Vol. 35 (núm. 3), pp. 34-39.

https://tspace.library.utoronto.ca/bitstream/1807/3476/1/rc04034.pdf [Recuperado

el 3 de Marzo de 2010, de World Wide Web.]

Castillo, A., Netzahual, M., Pérez, F., Guevara, J. Estudio de la absorción de metales

pesados por la planta de nopal Opuntia ficus indica. Universidad Autónoma de

Tlaxcala.

http://www.uaemex.mx/Red_Ambientales/docs/congresos/MORELOS/Extenso/TA/

EC/TAC-26.pdf [Recuperado el 28 de Febrero de 2010, de World Wide Web.]

Cortón, E., Viale, A. (2006). Solucionando grandes problemas ambientales con la

ayuda de pequeños amigos: las técnicas de biorremediación. Asociación Española

de Ecología Terrestre, Vol. 15 (núm. 3), pp. 147-156.

http://rua.ua.es/dspace/bitstream/10045/7776/1/ECO_15%283%29_16.pdf

[Recuperado el 4 de Marzo de 2010, de World Wide Web.]

El Cuaderno de Por Qué Biotecnología (2006). [Electrónico]. Por Qué Biotecnología.

http://www.porquebiotecnologia.com.ar/index.php?action=cuaderno&opt=5&tipo=1

&note=36 [Recuperado el 28 de Febrero de 2010, de World Wide Web.]

Ferrera, R., Rojas, N. G., Poggi, H. M., Alarcón, A., Cañizares R. O. (2006). Procesos

de biorremediación de suelo y agua contaminados por hidrocarburos del petróleo y

otros compuestos orgánicos. Revista Latinoamericana de Microbiología, Vol. 48

15

(núm. 2), pp. 179-187. http://www.medigraphic.com/pdfs/lamicro/mi-

2006/mi062s.pdf [Recuperado el 4 de Marzo de 2010, de World Wide Web.]

García, A. M., et al. (2004). Aplicación de un material vitrocerámico a la

biorremediación de materiales pesados. Boletín de la Sociedad Española de

Cerámica y Vidrio, Vol. 43 (núm. 1), pp. 59-62.

http://boletines.secv.es/upload/20070131103351.43[1]59-62.pdf [Recuperado el 26

de Febrero de 2010, de World Wide Web.]

García, L., et al. (2007). Propiedades catalíticas del humus y su potencial aplicación

en la degradación de contaminantes prioritarios. Revista Latinoamericana de

recursos naturales, Vol. 3 (núm. 2), pp. 118-128.

http://antiguo.itson.mx/drn/revista/volumenesRevista/vol_3_2007/pdf/numero2/Art_

26_Le%C3%83%C2%B3n-Garcia%20et%20al.pdf [Recuperado el 27 de Febrero

de 2010, de World Wide Web.]

Rodríguez, J., Sánchez, J. Biorremediación. Aspectos tecnológicos y aplicación al

vertido del Prestige. Universidad de Oviedo.

http://ingenierosdeminas.org/docu/documentos/aspectos_tecnologicos_%20biorre

mediacion.pdf [Recuperado el 2 de Marzo de 2010, de World Wide Web.]

Rodríguez, J., Sánchez, J. Biorremediación. Fundamentos y aspectos

microbiológicos. Universidad de Oviedo.

http://ingenierosdeminasdelevante.org/documentos/fundamentos_%20biorremedia

cion.pdf [Recuperado el 2 de Marzo de 2010, de World Wide Web.]

Viñas, M. (2005). Biorremediación de suelos contaminados por hidrocarburos:

caracterización microbiológica, química y ecotoxicológica. Tesis de Doctorado,

Universidad de Barcelona, Barcelona, España.

Vullo, D. (2003). Microorganismos y metales pesados: una interacción en beneficio

del medio ambiente. Química Viva, Vol. 2 (núm. 3), pp. 93-104.

http://redalyc.uaemex.mx/redalyc/pdf/863/86320303.pdf [Recuperado el 27 de

Febrero de 2010, de World Wide Web.]