SEDE ANTONIO VARAS ESCUELA DE RECURSOS NATURALES INGENIERA EN MEDIO AMBIENTE

BIOACUMULACION Y BIOSORCION COMO ALTERNATIVA DE SOLUCIN A EFLUENTES MINEROS DE COBRE

Nombre alumno: Carolina Prez C. Profesor Gua Sigla : Patricio Montero. : STL 8351 200D

20101

INDICE

Agradecimientos..Pg. 5

1. IntroduccinPg. 6

2. Objetivos

2.1 Objetivo GeneralPg. 7 2.2 Objetivos Especficos...Pg. 7

3. Antecedentes

3.1 Efectos de la contaminacin de relaves en el medio ambiente..Pg. 8 3.1.1 Agua...Pg. 8-11 3.1.2 Suelo..Pg. 12-15

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3.1.3 Biolgica..Pg. 16 3.1.3.1 3.1.3.2 Ecosistema terrestre...Pg. 16,17 Ecosistema acutico..Pg. 17,18

3.1.4 Medio humanoPg. 18,19

3.2 Biorremediacin, bioacumulacin y biosorcin Pg. 19-30

3.2.1 Mecanismos y tcnicas utilizadas para los procesos de bioacumulacin y biosorcin para la mejora ambiental ...Pg. 30-50

3.2.2 Estudios y logros generados con la aplicacin de bioacumulacin y biosorcin ...Pg. 50-59

4. Discusin..Pg. 60, 62

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5. Conclusin.Pg. 63, 64

6. Bibliografa..Pg. 65, 68

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AGRADECIMIENTOS

Quiero agradecer a mi familia por todo el apoyo y la comprensin, las palabras de aliento y la fe que han tenido en m; A cada uno de ellos, a mis padres por formarme como persona, a mi mam por leer y re-leer este escrito y corregir cada una de estas palabras, a mi padre por sus largas conversaciones y sabios consejos, a mis hermanos por apoyarme y hacerme feliz, a mis tos, en especial a Esperanza Prez y Myriam Caamao por apoyarme en la parte econmica (Estudios, materiales y primera matricula) y a Maru Caamao por el entusiasmo que me transmite desde el otro lado del mundo. En fin a todos ellos por el cario y respaldo incondicional. Sin ustedes esto no hubiera sido posible.

Agradezco a los profesores y amigos que forjaron mi carrera como estudiante, por las palabras, y las experiencias vividas.

Por ltimo y no por ello menos importante a mi profesor gua, que tuvo la disposicin de estar cuando lo necesite, de ayudarme y aconsejarme, muchas gracias profe Pato, creo que gane un amigo.

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1. INTRODUCCIN

La minera representa la actividad econmica ms importante del pas. En sus yacimientos se encuentran entre el 25% y el 30% de los recursos mundiales de elementos metlicos como el cobre, el molibdeno, el oro, y la plata, adems de minerales no metlicos como petrleo y carbn. En sntesis la minera es la principal fuente de recursos de Chile.

Sin embargo, la minera, pese a que es parte del sustento diario, tambin es una de las actividades ms contaminantes y perjudiciales para el hombre y el medioambiente. As lo vemos reflejado a lo largo de la historia en diversas partes del mundo con graves problemas ambientales de forma directa e indirecta. Por su naturaleza, esta actividad genera grandes cantidades de residuos, la mayor parte de ellos no pueden ser evitados y requieren de estrategias eficientes de manejo y disposicin.

Este Seminario de ttulo se enfoca en la biorremediacin, bioacumulacin y la biosorcin como dos alternativas de solucin para los efluentes mineros, mostrando cada una distintas tcnicas que han sido desarrolladas y han dado resultados evitando de esta manera el impacto potencial que resulta de estos vertidos.

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2. OBJETIVOS

2.1 Objetivo General

Presentar alternativas de mitigacin respecto a los efluentes derivados de la gran minera del cobre.

2.2 Objetivos Especficos

Dar a conocer el efecto de relaves de cobre en el medio ambiente.

Presentar la tcnica de biosorcin y biorremediacin como solucin alternativa a los efluentes mineros.

Presentar estudios realizados sobre biosorcin y biorremediacin.

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3. ANTECEDENTES

3.1 Efectos de la contaminacin de relaves en el medioambiente

Los relaves (o colas) son desechos txicos subproductos de procesos mineros y concentracin de minerales. Usualmente, corresponden a una mezcla de tierra, minerales, agua y rocas. Contienen altas concentraciones de qumicos y elementos que alteran el medio ambiente, por lo que deben ser transportados y almacenados en "tanques o pozas de relaves" donde lentamente los contaminantes se van decantando en el fondo y el agua es recuperada o evaporada. El material queda dispuesto como un depsito estratificado de materiales slidos finos. El manejo de relaves es una operacin clave en la recuperacin de agua y evitar filtraciones hacia el suelo y napas subterrneas, ya que su almacenamiento es la nica opcin.

A continuacin se presentarn las principales variables afectadas por los desechos txicos que producen los relaves mineros.

3.1.1 Agua (Higueras P., Oyarzun R. 2002).

El agua es fundamental para todas las formas de vida, lo que la convierte en uno de los recursos ms esenciales de la naturaleza. Sin embargo, resulta alterada y contaminada debido principalmente a los desechos slidos y lquidos que8

anualmente se vierten en su curso como consecuencia del desarrollo de la actividad minera e industrial. Se constata que la actividad minera ocasiona diversos problemas de contaminacin a aguas superficiales y aguas subterrneas. De esta forma contamina suelos agrcolas, lo que conlleva a prdida de vegetacin, generando as problemas de degradacin de los recursos. y que progresivamente afecta la productividad y el equilibrio de los diversos ecosistemas,

Dentro de los principales impactos que genera un relave minero a los cursos de agua se destacan:

Movilizacin de partculas slidas

Esta se produce generalmente por procedentes del arrastre de residuos por las aguas superficiales de polvo de escombreras o labores, o tradas hasta la superficie por el agua de lluvia, a partir del polvo en suspensin.

Adicin de sales al agua

La adicin de sales al agua, o acidificacin del agua, se produce generalmente por procesos naturales (disolucin de minerales que la minera pone a disposicin de

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las aguas superficiales), o por mecanismos industriales (vertido de aguas de plantas de flotacin u otro tipo).

Adicin de metales pesados a las aguas

Naturalmente, la minera metlica pone a disposicin de los agentes externos unos elementos metlicos que pueden movilizarse hacia las aguas, bien por la formacin de compuestos solubles, o bien por mecanismos de sorcin* en la fraccin slida arrastrada por el agua.

*Sorcin: f. fs. y qum. Retencin de una sustancia por otra cuando estn en contacto; incluye las operaciones de absorcin, adsorcin, intercambio inico y dilisis. 10

Cambio del pH de las aguas

Especialmente significativa suele ser la acidificacin, consecuencia de la oxidacin e hidrlisis de sulfuros con formacin de sulfatos y sulfatos cidos: el drenaje cido de mina.

Contaminacin de napas

La minera tambin produce problemas hidrogeolgicos en las aguas subterrneas. La presencia de agua en la mina, sobre todo a ciertas profundidades, constituye un problema que solamente puede resolverse produciendo de forma controlada un descenso del nivel de los acuferos de la zona, para que queden por debajo del nivel de laboreo. Ello puede implicar la desecacin de pozos prximos, a distancias variables en funcin de la litologa de las rocas que constituyan cada acufero: si se trata de rocas poco permeables y transmisivas, el problema afectar solamente al entorno inmediato de las labores, pero si se trata de rocas muy porosas y permeables, el problema puede alcanzar distancias considerables.

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3.1.2 Suelo (Higueras P., Oyarzun R. 2002).

El suelo constituye la epidermis de nuestro planeta, y se forma como consecuencia de la interaccin entre las rocas del sustrato continental y la atmsfera, formndose como consecuencia de fenmenos fsicos, fsico-qumicos y biolgicos de intercambios que all se producen. El suelo sufre de forma directa las consecuencias de la actividad minera:

1) Ha de ser removido para llevar a cabo la minera a cielo abierto; 2) sobre l se realizan las actividades de transporte; 3) sobre l se ubican las escombreras; y 4) recibe los efluentes lquidos que se infiltran en el terreno, entre otras perturbaciones.

Se considera que el suelo resiste todo vertido debido a su capacidad de absorcin y purificacin, sin embargo, esto no es ms que una verdad a medias, ya que las capacidades depuradoras de suelos existen, pero actan muy a largo plazo que es necesario considerar que a escala de tiempo humano la regeneracin de los suelos no se produce a ritmo suficiente como para impedir graves problemas de contaminacin.

Los vertidos o efluentes lquidos que llegan al suelo pueden tener efectos muy variados en funcin de su composicin, los que se presentan a continuacin.

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a) Prdidas de propiedades fsicas:

Variaciones de la textura (porosidad, permeabilidad) por procesos de esponjamiento, compactacin, deposicin de partculas, formacin de costras. Prdida de estructura edfica por compactacin, mezcla de horizontes, deposicin de partculas. Variaciones en el rgimen hdrico del suelo por alteraciones del nivel fretico, y variaciones texturales y estructurales. Prdida fsica de suelo por acumulacin de vertidos.

b) Prdidas de propiedades qumicas:

Contaminacin por metales (Cu, Pb, Cd, Hg, entre otros), metaloides (As) e hidrocarburos generada por efluentes lquidos y slidos. Acidificacin por acumulacin, adicin de sulfatos, oxidacin de sulfuros, y drenajes cidos.

Se produce en procesos derivados de la lixiviacin en pila (heap leaching), comnmente utilizados para la extraccin metalrgica de uranio, cobre y oro. La mena triturada es dispuesta en agrupamientos rectangulares de unos metros de altura sobre bases impermeables. En el caso del cobre las pilas se riegan mediante13

aspersores con una solucin de cido sulfrico (en el caso del cobre, se pueden introducir tambin bacterias de tipo T. ferrooxidans La pila tambin se riega con aspersores, y el proceso qumico es del tipo:

2 Au + 4 CN- + 02 + 2 H2O -> 2 Au [(CN)2]2- + 2 OH- + H2O2

Aunque en todos los casos se utilizan superficies basales impermeables bajo las pilas, las infiltraciones son siempre posibles. Por otra parte, el viento puede formar aerosoles, arrastrando a reas ms o menos alejadas estos productos.

En definitiva, la minera puede producir sobre el suelo alteraciones ms o menos importantes de carcter fsico, fsico-qumico y qumico, que en general ocasionan su infertilidad, o en el peor de los casos, mantienen su fertilidad pero permiten el paso de los contaminantes a la cadena alimenticia, a travs del agua, o de la incorporacin de los contaminantes a los tejidos de animales o vegetales comestibles.

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Imagen N1: Impacto de la minera en el suelo

Fuente: Lillo J, 2006.

La imagen anterior demuestra el impacto que deja la minera en los suelos como acidificacin, prdida de propiedades qumicas y fsicas, contaminacin por metales pesados, entre otros.

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3.1.3 Biolgica

Adems del agua y el suelo la variable biolgica tambin se ve afectada por los desechos que causa la minera. Los impactos de sta se ven involucrados en ecosistemas terrestres y acuticos, que resultan imprescindibles tanto como para la vida humana como para la vida y buen desarrollo de la flora y fauna. Los efectos que los relaves producen a los ecosistemas se desarrollan a continuacin.

3.1.3.1 Ecosistema terrestre (Snchez L. E. 2000).

Los impactos de la minera sobre la fauna se dan indirectamente, sea debido a las diferentes formas de contaminacin, como el ruido, o ms importante an, debido a la destruccin, fragmentacin o alteracin de hbitats. Los impactos sobre la fauna pueden darse en dos niveles: la destruccin de individuos o su huida. La muerte de especmenes ocurre, en general, en grupos faunsticos cuyos individuos tienen baja movilidad, principalmente los invertebrados. Muchas veces, las especies de mayor tamao, pertenecientes a grupos como mamferos, aves, reptiles, anfibios y peces, huyen cuando hay alguna alteracin drstica en sus hbitats, buscando abrigo en las inmediaciones. Dependiendo de la poblacin ya existente en estas nuevas reas, los recin llegados podrn, o no encontrar espacio, ya que, la poblacin preexistente en la nueva rea podr estar ya en equilibrio, es decir, el nmero de individuos est de acuerdo a los recursos ofrecidos por el ambiente. Si ste fuera el caso, el

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dislocamiento de la fauna acabar redundando en la muerte de un cierto nmero de ejemplares, o de todos aquellos que huyeron del rea afectada. En casos graves, la minera puede contribuir a la extincin de especies, situacin que puede presentarse cuando las actividades se realizan en los ltimos hbitats remanentes que dan abrigo a las poblaciones de una especie amenazada o cuando se trata de una especie endmica, cuya rea de ocurrencia coincida con las reas en donde son realizadas las actividades industriales.

3.1.3.2. Ecosistema acutico (Snchez L. E. 2000).

Los hbitats acuticos son, frecuentemente, alterados por la minera, as como por cualquier actividad que pueda promover un aumento en los ndices de erosin. Las partculas slidas en suspensin en el agua aumentan la turbidez, reducen la penetracin de la luz y causan diversas alteraciones en los procesos biolgicos que tienen lugar en los cuerpos de agua.

La sedimentacin es consecuencia del transporte de partculas suficientemente grandes que se depositan cuando disminuye la energa cintica del ro. Este proceso entierra los organismos en el fondo, interfiriendo de esta forma con toda la cadena alimenticia. La sedimentacin intensa tambin puede acabar alterando el perfil longitudinal de un ro, creando grandes extensiones en donde el flujo de las aguas es lento. Tal cambio en el rgimen de escurrimiento de las aguas, que pasa de un escurrimiento rpido (ambiente ltico) a uno lento (ambiente lentico), modifica la

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fauna ya que hay especies adaptadas a cada uno de esos tipos de ambiente que no sobreviven en otro.

Otro mecanismo de alteracin de hbitats acuticos se da a travs de la contaminacin, o sea, la presencia, lanzamiento o liberacin de sustancias o energa en concentraciones o intensidad tales que puedan ser dainas para los seres vivos. Los efluentes lquidos son principales vehculos de lanzamiento de contaminantes en los cuerpos de aguas.

3.1.4 Medio Humano (Snchez M. 2000).

Los relaves mineros adems de afectar al agua, suelo y medio bitico tambin tienen incidencia en el medio humano, afectando de enorme manera a las poblaciones aledaas a estos, ya que como, se menciona anteriormente, son desechos altamente txicos que presentan altos niveles de minerales y partculas contaminantes, afectando de manera negativa e influyendo en el desarrollo de las personas.

La contaminacin de relaves o efluentes mineros al agua afecta de manera significativa, ya que, muchas de las personas que viven cerca de tranques de relaves o mineras se abastecen de pozos, los que resultan contaminados por estos desechos. Como consecuencia de esto, la poblacin sufre complicaciones gastrointestinales, adems de ocasionar daos graves en distintas partes del cuerpo.18

Tambin existe la contaminacin del suelo y subsuelo. Esto es preocupante porque el subsuelo presenta relaciones fundamentales con el desarrollo de la vegetacin. Por un lado, esta contaminacin ocasiona infertilidad de la tierra en estos sectores, lo que a su vez trae consigo pobreza en localidades aledaas, ya que, la principal fuente de recursos para algunos de los pobladores es la agricultura. Por otro lado, en algunos sectores an las tierras no son totalmente infrtiles, sin embargo, estos sembros crecen con notable deficiencia y, como es de suponer, estos se encuentran contaminados debido a los desechos txicos que absorben de la tierra. El consumo de estos sembros ha producido enfermedades letales, como el cncer, tanto para la poblacin de estos sectores, como para aquellas zonas donde han sido distribuidos.

3.2 Biorremediacin, Bioacumulacin y Biosorcin

a) Biorremediacin (Flores J., Biga M., Tapia N., Maldonado, 2001).

Se define como un proceso de eliminacin de metales txicos desde los efluentes mineros, utilizando para lograr estos objetivos materiales de origen biolgico. La biorremediacin es parte de las tecnologas de remediacin considerada limpia, no contaminante. Los procesos pueden clasificarse segn el tipo y estado de material biolgico que se utilice.

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b) Bioacumulacin (Flores J., Biga M., Tapia N., Maldonado, 2001).

Se basa en la absorcin (sorcin al interior) de las especies metlicas mediante los mecanismos de acumulacin al interior de las clulas de biomasas vivas; varios estudios incluyen el uso de bacterias Gram+, Gram-, algas marinas y otros. A continuacin se presenta el esquema N1 que muestra el fenmeno de bioacumulacin.

Esquema N 1: Bioacumulacin de Mn.

Fuente: Flores J., Biga M., Tapia N., Maldonado .2001.

La imagen N1 corresponde a la Bioacumulacin, en este caso es el Mn absorbido por un organismo vivo.

c) Bioadsorcin (Flores J., Biga M., Tapia N., Maldonado. 2001).

Proceso de adsorcin (sorcin de superficie) que se realiza sobre biomasas secas, a partir de residuos de cultivos de fermentacin o de derivados de organismos animales y vegetales, adems de procesos fsico-qumicos; entre estos se encuentran:20

a) Bacterias (F. Vegli., F. Beolchini., A. Gasbarro.1996).

Bioadsorcin de cobre: Streptomyces noursei, Pseudomonas singae, Zoogloea ramigera, Arthrobacter sp.

Imagen N2: Bacterias bioadsorbentes

Streptomyces noursei

Zoogloea ramigera

Arthrobacter sp.

Fuente: http://enciclopedia.us.es/index.php/Bacteria .2010.

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b) Hongos:

Bioadsorcin de cobre: Cladosporium resinae, Aureobasidium pullulans, Aspergillus niger, Pennicillium digitatum, Ganoderma lucidum.

Imagen N3: Hongos bioadsorbentes

Cladosporium resinae Fuente: Biopix .2003.

Aureobasidium pullulans Aspergillus niger

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c) Levaduras: Bioadsorcin de cobre: Saccharomyces cerevisiae.

Imagen N4: Levadura bioadsorbente

Saccharomyces cerevisiae

Fuente:

Infovegetarianos. 2008.

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d) Algas: Biosorcin de cobre: Chlorela vulgaris.

Imagen N5: Alga bioadsorbente

Chlorella vulgaris

Fuente: Look for diagnosis .2009.

Procesos fsico-qumicos: Intercambio inico, biosorcin por membrana, precipitacin, electro-deposicin, entre otras tecnologas. Las tecnologas aplicadas para las concentraciones son las siguientes:

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Cuadro N1: Rango de concentraciones de soluto para cada tecnologa de separacin

Fuente: Tratamiento de efluentes y desechos. 2002.

Como puede verse la biosorcin es adecuada para rangos de concentracin inferiores a los 100 mg.L-1 (100 ppm) y superiores a los 0,001 mg.L-1.

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A continuacin se presenta el esquema N2 que representa el proceso de Bioadsorcin.

Esquema N2: Bioadsorcin de Mn.

Fuente: Flores J., Biga M., Tapia N., Maldonado .2001.

a) Biopolmeros (Flores J., Biga M., Tapia N., Maldonado. 2001).

Los polmeros de origen biolgico, llamados biopolmeros, son especies qumicas de alto peso molecular, gran tamao y forma predominantemente alargada que forman parte de las paredes celulares de clulas animales y vegetales as 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 biopolmero utilizado como adsorbente se denomina bioadsorbente.

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Dentro de los biopolmeros hay que destacar que pueden ser de origen vegetal, donde la variedad de vegetales contiene celulosa, biopolmero ms abundante en la naturaleza cuya unidad monomrica es la glucosa.

A continuacin se presenta la imagen N3.

Imagen N3: Composicin de la glucosa

Fuente: Flores J., Biga M., Tapia N., Maldonado .2001.

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La imagen N3 muestra la composicin de la glucosa, uno de los biopolmeros ms abundantes en la naturaleza.

En las algas los principales bioadsorbentes son los alginatos*, formados de cadenas que incluyen al cido manurnico y glucurnico como monmeros.

*Alginato: sustancia qumica purificada obtenida de algas marinas pardas. Estas sustancias corresponden a polmeros orgnicos derivados del cido algnico.

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A continuacin se presenta la imagen N4. Imagen N4: cido manurnico y glucurnico

Fuente: Flores J., Biga M., Tapia N., Maldonado .2001.

La imagen N4 muestra la composicin de los cidos manurnico y glucurnico, formando las cadenas de los alginatos.

Existen tambin tal como se mencion anteriormente biopolmeros de origen animal donde se encuentran los crustceos principalmente. Es as como el endoesqueleto de invertebrados contiene en promedio 20% de quitina, segundo biopolmero ms abundante despus de la celulosa, formado de N-acetil-2-glucosamina, del cual se deriva el quitosano, compuesto de 2-glucosamina, de mayor eficiencia en biosorcin de metales.

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Igualmente en el caso de los vertebrados, las clulas seas contienen principalmente el biopolmero colgeno formado de los aminocidos glicina junto a las llamadas prolinas.

3.2.1 Mecanismos y tcnicas utilizadas para los procesos de bioacumulacin y biosorcin para la mejora ambiental

Mtodos fsico-qumicos, tales como la precipitacin qumica, oxidacin qumica o la reduccin, tratamiento electroqumico, la recuperacin por evaporacin, filtracin, intercambio inico y las tecnologas de membrana han sido ampliamente utilizados para eliminar los iones de metales pesados de aguas residuales industriales. Estos procesos pueden ser ineficaces o costosos especialmente cuando los iones de metales pesados en soluciones que contienen del orden de 100 a 100 mg disueltos iones de metales pesados / L. Los mtodos biolgicos tales como biosorcin / bioacumulacin para la eliminacin de iones de metales pesados puede ser una alternativa atractiva a los mtodos fsico-qumicos.

a) Bioacumulacin (Vullo D. 2003).

Se entiende por bioacumulacin al proceso de acumulacin neta, con el paso del tiempo, de metales (u otras sustancias persistentes) en un organismo a partir de fuentes tanto biticas (otros organismos) como abiticas (suelo, aire y agua).

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Este mecanismo celular involucra un sistema de transporte de membrana que internaliza al metal pesado presente en el entorno celular con gasto de energa. Este consumo energtico se genera a travs del sistema H+-ATPasa. Una vez incorporado el metal pesado al citoplasma, ste es secuestrado por la presencia deprotenas ricas en grupos sulfhidrilos llamadas metalotionenas o tambin puede ser compartimentalizado dentro de una vacuola, como ocurre en hongos.

Hiperacumulacin en plantas.

La

contaminacin

por

metales

pesados

de

la

biosfera

ha

aumentado

considerablemente desde 1900 y plantea importantes problemas de salud ambiental y humana en todo el mundo. A diferencia de muchos contaminantes orgnicos, la mayora de los metales y radionclidos no pueden ser eliminados del medio ambiente mediante la transformacin qumica o biolgica. Aunque puede ser posible reducir la toxicidad de ciertos metales, influyendo en su especiacin, que no se degradan y son persistentes en el medio ambiente. Las diversas tecnologas convencionales de remediacin que se utilizan para limpiar los ambientes contaminados de metales pesados son los suelos en la vitrificacin in situ, la incineracin del suelo, la excavacin y el relleno sanitario, el lavado del suelo, la solidificacin y estabilizacin de los sistemas de electrocintico. Cada una de las tecnologas de remediacin convencional tiene ventajas y limitaciones especficas.

La fitorremediacin ("fito" significa planta, y el "remedium" sufijo latino que significa para limpiar o restaurar) en realidad se refiere a una coleccin diversa de tecnologas31

a base de plantas que se utilizan ya sea natural o construida genticamente para la limpieza de ambientes contaminados. La principal motivacin detrs del desarrollo de las tecnologas fitorremediadoras es el potencial para la remediacin de bajo costo.

La fitorremediacin consiste en cuatro tecnologas diferentes a base de plantas; cada uno que tiene un mecanismo diferente de accin para la remediacin de suelos contaminados con metales, los sedimentos o el agua. Estos incluyen: rizofiltracin, que implica el uso de plantas para limpiar diversos ambientes acuticos; fitoestabilizacin, donde las plantas se utilizan para estabilizar el suelo en lugar de limpiar el rea contaminada; fitovolatilizacin, que implica el uso de plantas para extraer ciertos metales del suelo y luego ponerlos en libertad en la atmsfera por volatilizacin, y fitoextraccin, donde las plantas absorben los metales del suelo y trasladar a los brotes aprovechables donde se acumulan. Aunque las plantas muestran cierta capacidad para reducir los riesgos de los contaminantes orgnicos.

Las tecnologas fitoremediadoras que estn en el suelo son adecuados para grandes superficies que han sido contaminadas con niveles bajos a moderados de contaminantes. Sitios que estn altamente contaminados no pueden ser limpiados a travs de medios fitorremediadores por las duras condiciones que no apoyar el crecimiento de las plantas. La profundidad del suelo que se puede limpiar o estabilizacin se limita a la zona de las races de las plantas que se utiliza. Dependiendo de la planta, esta profundidad puede variar desde unos pocos centmetros a varios metros. La fitorremediacin debe ser visto como una solucin de recuperacin a largo plazo debido a que muchos ciclos de cultivo pueden

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necesitar varios aos para reducir los metales a niveles aceptables de reglamentacin. Esta tecnologa de remediacin, es competitiva, y puede ser superior a las tecnologas convencionales en los sitios donde la fitorremediacin es aplicable.

a) Rizofiltracin

Los contaminantes de metales en agua de procesos industriales y en las aguas subterrneas son lo ms comnmente removido por precipitacin o floculacin, seguida por la sedimentacin y la eliminacin de los lodos resultantes. Una alternativa prometedora a este convencional mtodo de limpieza es la rizofiltracin, una tcnica fitorremediadora diseada para la extraccin de metales en ambientes acuticos. El proceso implica el cultivo de plantas hidropnicas donde se trasplantan desde las aguas contaminadas de metales a las plantas, donde absorben y concentran los metales en sus races y brotes. A medida que se saturan con los contaminantes de metales, las races o plantas enteras se cosechan para su eliminacin.

Las plantas ideales para este proceso deben ser capaces de acumular y tolerar cantidades significativas de los metales de destino junto con un fcil manejo, bajo coste de mantenimiento y un mnimo de residuos secundarios que requieran disposicin, entre stas se encuentran el jacinto de agua (Eichhornia crassipes), Centella (Hydrocotyle umbellata), y la lenteja de agua (Lemna minor L). Sin embargo,

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estas plantas tienen un potencial limitado para rizofiltracin, porque no son eficientes en la remocin de metal, resultado de sus races pequeas, de crecimiento lento.

Imagen N6: Plantas hidropnicas que realizan rizofiltracin

Eichhornia crassipes. Fuente: Aquagarden .2008.

Lemna minor L.

Hydrocotyle umbellata.

Las plantas terrestres se consideran ms adecuadas para rizofiltracin porque producen ms, ms importante an, los sistemas de raz fibrosa a menudo con grandes reas de superficie para la absorcin del metal. El girasol (Helianthus annuus L.) y la mostaza india (Brassica juncea Czern.) son los candidatos terrestres ms prometedores para la eliminacin de metales en el agua. Las races de la mostaza de la India son eficaces en la remocin de Cadmio, Cromo, Cobre, Nquel, Plomo y Cinc (Cd, Cr, Cu, Ni, Pb y Zn) y el girasol elimina Pb a partir de soluciones hidropnicas.

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Imagen N7: Plantas terrestres que realizan rizofiltracin

Helianthus annuus L

Brassica juncea Czern

Fuente: Infojardin .2009.

b) Fitoestabilizacin

La fitoestabilizacin es una tcnica de rehabilitacin a base de plantas que estabilizan los residuos, suprime la migracin vertical de contaminantes en las aguas subterrneas, y que fsica y qumicamente inmoviliza a los contaminantes por absorcin de la raz y por fijacin qumica con las enmiendas del suelo.

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Esta tcnica es en realidad una versin modificada del mtodo de inactivacin en el lugar en el que la funcin de las plantas es secundaria a la funcin de las enmiendas del suelo. A diferencia de otras tcnicas remediadoras, el objetivo de la fitoestabilizacin no es para eliminar los contaminantes metlicos de un sitio, sino ms bien para estabilizar y reducir el riesgo para la salud humana y el medio ambiente.

La explicacin ms completa y actualizada del proceso de fitoestabilizacin dado por diferentes autores es el hecho de que antes de plantar el suelo contaminado, se ara para preparar una cama de semillas y fertilizantes para incorporar cal, u otras modificaciones para inactivar los contaminantes metlicos. Las enmiendas del suelo deben fijar metales rpidamente despus de su incorporacin, y las alteraciones qumicas deben ser de larga duracin si no es permanente. Las enmiendas del suelo ms prometedores son los fertilizantes fosfatados, materia orgnica o bio-slidos, oxihidrxidos de hierro o manganeso, minerales de arcilla natural o artificial, o mezclas de estas enmiendas.

Las plantas seleccionadas deben ser fciles de establecer y cuidar, deben crecer rpidamente, tener techo denso y sistemas de races, y ser tolerantes con los contaminantes metlicos y otras condiciones del sitio que pueden limitar el crecimiento de las plantas.

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La fitoestabilizacin es ms eficaz en los sitios con suelos de textura fina con alto contenido de materia orgnica, pero es conveniente para tratar una amplia gama de sitios donde existen grandes zonas de contaminacin de la superficie. Sin embargo, algunos sitios altamente contaminados no son aptos para fitoestabilizacin, porque el crecimiento de plantas y la supervivencia no es una posibilidad.

c) Fitoextraccin

La Fitorremediacin (trmino) y fitoextraccin a veces son mal empleados como sinnimos, pero la fitorremediacin es un concepto, mientras que fitoextraccin es una tecnologa de limpieza especfico.

El proceso de fitoextraccin implica el uso de plantas para facilitar la eliminacin de contaminantes de metales a partir de una matriz del suelo. En la prctica, el metal de acumulacin de las plantas es sembrado o trasplantado en el suelo de metal contaminado y se cultiva utilizando prcticas agrcolas establecidas.

Las races de las plantas absorben elementos de metal del suelo y los trasladan a los brotes por encima de ste donde se acumulan. Si la disponibilidad de metales en el suelo no es adecuado para la absorcin de la planta, quelatos o agentes acidificantes pueden ser utilizadas para liberar la solucin del suelo. Despus del crecimiento de la planta y la acumulacin de metales, las porciones de superficie de la planta son

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cosechadas y eliminadas, dando como resultado la eliminacin permanente de los metales en el sitio.

La fitoextraccin debe considerarse como un esfuerzo de recuperacin a largo plazo, que requiere muchos ciclos de cultivo para reducir las concentraciones de metales a niveles aceptables. El tiempo requerido para la recuperacin depende del tipo y grado de contaminacin por metales, la longitud de la estacin de crecimiento y la eficiencia de remocin de metal por las plantas, pero normalmente oscila entre uno a veinte aos.

Esta tecnologa es apropiada para la recuperacin de grandes extensiones de tierra que estn contaminadas a poca profundidad con niveles bajos moderados de metales contaminantes.

b) Biosorcin (Vullo D. 2003).

Se entiende por biosorcin el proceso de sorcin de metales a la biomasa independiente del metabolismo. La biosorcin es un fenmeno ampliamente estudiado en la biorremediacin de diversos metales pesados como el cadmio, cromo, plomo, nquel, zinc y cobre. Los microorganismos utilizados como biosorbentes, aislados a partir de ecosistemas contaminados retienen los metales pesados a intervalos de tiempo relativamente cortos al entrar en contacto con

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soluciones de dichos metales (esto minimiza los costos en un proceso de remediacin, ya que no necesita el agregado de nutrientes al sistema, al no requerir un metabolismo microbiano activo). La biomasa capaz de participar en estos procesos es fcilmente extrable de sistemas acuosos como cursos de aguas o efluentes de diversos orgenes, por lo que el proceso global de biorremediacin sera rentable. Es por ello que la bsqueda de este tipo de microorganismos se encuentra en crecimiento constante, junto con el estudio de sistemas biosorbentes, como por ejemplo, la utilizacin de consorcios microbianos o sistemas mixtos formados por microorganismos y macromolculas (polmeros) sorbentes, que incrementaran los rendimientos en la captacin de mezclas de metales pesados.

Los fenmenos de biosorcin se caracterizan por la retencin del metal mediante una interaccin fisicoqumica del metal con ligandos* pertenecientes a la superficie celular. Esta interaccin se produce con grupos funcionales expuestos hacia el exterior celular pertenecientes a partes de molculas componentes de las paredes celulares, como por ejemplo carboxilo, amino, hidroxilo, fosfato y sulfhidrilo. Es un mecanismo de cintica rpida y que no presenta una alta dependencia con la temperatura.

A continuacin se dan a conocer dos tcnicas de biosorcin para los efluentes conteniendo metales disueltos.

*Ligando: molcula capaz de ser reconocida por otra provocando una respuesta biolgica. 39

Precipitacin qumica y adsorcin en el tratamiento de efluentes conteniendo metales disueltos.

Se estableci un estudio en el que se enfoc el mtodo de precipitacin qumica y luego un proceso de adsorcin mediante resinas de intercambio inico, lo que permitir obtener el efluente libre de metales disueltos. Para ello se ha tratado un efluente conteniendo principalmente ion cobre para tratarlo en una primera etapa por precipitacin qumica con sulfuro de sodio y en una segunda etapa se hace pasar la solucin por un sistema de intercambio inico con el fin de adsorber el cobre hasta que su concentracin permanezca en el rango permitido.

De esta forma las pruebas de precipitacin qumica en laboratorio se realizaron en un vaso agitado con la finalidad de estudiar la cintica de precipitacin de cobre en solucin acuosa mediante reactivo precipitante sulfuro de sodio. La concentracin promedio obtenido de la solucin inicial fue de 0,42 g de cobre por litro.

A continuacin se muestra el cuadro N2 con los resultados promedio de las pruebas.

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Cuadro N2: Resultados promedio precipitacin qumica

Fuente: Puente S.L. 2002.

El cuadro anterior demuestra que a medida que transcurre el tiempo, la concentracin de cobre se hace cada vez menor. De esta manera, la fraccin medida por Rayos x (Rx) demuestra que la precipitacin qumica puede llegar cerca de un 95% de efectividad dando a conocer con ello que esta metodologa puede llegar a ser una buena alternativa.

A seguir, se presentan los grficos 1 y 2 que complementan la informacin anteriormente presentada.

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Grafico N1: Precipitacin de cobre con sulfuro

Fuente: Puente. L. 2002.

El grfico N1 muestra el proceso de precipitacin de cobre con sulfuro, a medida que transcurre el tiempo (min) la concentracin de la solucin inicial (0,42 gr de cobre/L) se ve disminuida a 0,02 gr de cobre/L. en un tiempo final de 25 minutos.

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Grafico N2: Tiempo de residencia en sistema de flujo

Fuente: Puente. L. 2002.

El grfico N2 demuestra que a medida que avanza el tiempo aumenta la cantidad de fraccin reaccionada.

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De esta manera, al combinar procesos de precipitacin qumica y adsorcin es posible el abatimiento de la concentracin de cobre en la solucin muestra, permitiendo disminuir costos en equipos e infraestructura al evitar una segunda etapa de precipitacin qumica con el beneficio adicional de reducir el tiempo total de tratamiento.

Biosorcin de metales pesados por algas marinas (Cuizano N., Navarro A. 2008).

La biosorcin, por medio de biomateriales de desecho como algas marinas, hongos, bacterias y levaduras, es considerada como una biotecnologa rentable y de gran aplicabilidad para el tratamiento de grandes volmenes de aguas residuales conteniendo baja concentracin de metales pesados en el orden de 1 a 100 mg/L. Entre los biosorbentes estudiados, las algas marinas han destacado por encima de sus anlogos por su rentabilidad, eficiencia y selectividad por metales pesados. En la presente revisin se detallan las propiedades qumicas y mecnicas de las algas marinas con elevada afinidad por metales pesados, principalmente los divalentes. Finalmente, se compara la biosorcin de diferentes metales por algas marinas con la de otros biomateriales al igual que las tcnicas de mayor uso en biosorcin y caracterizacin de biosorbentes.

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La efectividad de las algas para adsorber selectivamente cationes metlicos pesados se debe a la presencia de grupos funcionales con elevada densidad electrnica: alginatos y fucoidanos. Siendo los alginatos, los responsables de la biosorcin.

El alginato pertenece a la familia de los polisacridos lineales compuestos por unidades de cido 1,4 -D manurnico (M) y -L gulurnico (G) dispuestos de una manera irregular, coexistiendo las secuencias MM, GM, MG y GG. La formacin de geles de los alginatos es favorecida por la dimerizacin de cadenas de alginato en solucin, formando el llamado "egg box", donde los cationes divalentes se quedan "atrapados" dentro de la estructura dimrica del alginato. Asimismo, cabe resaltar, que los centros activos ms accesibles para cationes divalentes, se encuentran en la secuencia, GG, la cual tiene una geometra cncava y permite la formacin de quelatos.

Los segundos grupos funcionales importantes en las algas son los fucoidanos, los cuales son polisacridos con grupos sulfato esterificados con pKa* alrededor de 1 a 2.5. Si bien su capacidad de adsorcin es relativamente baja, su efectividad se manifiesta a bajo pH, mediante la desprotonacin de sus grupos cidos. Es por ello que si bien muchos adsorbentes, como quitosano, quitina y hongos poseen capacidades de adsorcin casi nula a pH menor que 3, las algas marinas, an mantienen cierta capacidad adsorbente de metales pesados bajo estas condiciones, incluso a valores cercanos a dos.*pKa: es la fuerza que tienen las molculas de disociarse (es el logaritmo negativo de la constante de disociacin de un cido dbil). 45

Los fucanoides podran constituir una poderosa herramienta frente a condiciones extremas de las aguas residuales (fuertemente cidas) ya que adsorben metales txicos bajo esas condiciones, pero desafortunadamente, las cadenas polisacridas de alginato (enlaces glicosdicos) son inestables y la hidrlisis es un factor limitante para su uso extensivo, deteriorando sus propiedades mecnicas al aumentar su solubilidad en agua como producto de su fraccionamiento.

En cuanto a la capacidad de adsorcin y selectividad de las algas marinas, la determinacin de la capacidad de adsorcin, se basa a menudo en el estado de equilibrio del sistema. La capacidad de adsorcin q, se expresa generalmente en miligramos del metal adsorbidos por gramo de biosorbente (seco), o en mmol/g o meq/g cuando se consideran estequiometras y/o mecanismos.

La capacidad de adsorcin "q" de metales pesados por algas marinas aparece recogida en un gran nmero de trabajos bibliogrficos demostrados en la tabla que vernos a continuacin.

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Tabla N1: Capacidad de adsorcin por algas marinas (mg metal/g biomasa

seca)

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La Tabla 1 presenta algunos datos de equilibrio para la eliminacin de diferentes metales pesados, se puede decir que las algas marinas muestran una alta selectividad por cationes divalentes.

En cuanto a la comparacin con otros biomateriales, se investig la biosorcin de diversos metales con varios tipos de biomasas, incluyendo bacterias (S. rimosus), levaduras (S. cerevisiae), hongos (P. chrysogenum), lodos activados y algas marinas (A. nodosum y F. vesiculosus). Compararon la eliminacin de cobre, zinc y nquel, observando la superioridad de A. nodosum por encima de los dems adsorbentes.

Comparando a las algas marinas con otros biomateriales, las levaduras son quizs los segundos biomateriales ms prometedores para la biosorcin de metales pesados, en funcin de rentabilidad y aplicabilidad para la descontaminacin de aguas residuales. Por ejemplo, la levadura S. cerevisiae ha sido ampliamente investigada en forma paralela con las algas marinas, mostrando 3 importantes ventajas: primero que las levaduras son fcilmente cultivadas a grandes escalas con alto rendimiento sin necesidad de equipos de fermentacin sofisticados y slo requieren medios de cultivo convencionales; segundo: S. cerevisiae tambin puede ser obtenido de las industrias de alimentos y bebidas, obtenida como subproducto y finalmente, al igual que las algas, las levaduras son consideradas inocuas y fcilmente aceptadas por el pblico y entidades ambientales para su uso biotecnolgico, ya que no crea subproductos txicos o de difcil eliminacin como la precipitacin o filtracin.

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En cuanto a las herramientas instrumentales y tcnicas usadas en estudios de biosorcin de metales, son empleadas numerosas tcnicas analticas bajo diferentes modalidades o modificaciones, incluyendo estudio del equilibrio, elucidacin de mecanismo, caracterizacin del adsorbente, cintica de adsorcin, etc.; entre las principales tcnicas analticas figuran: Espectroscopia de Absorcin Atmica (EAA), Electrodo Selectivo de Iones (EIS) , Espectroscopia Infrarroja con transformada de Fourier (FT-IR), Microscopa de Barrido Electrnico (SEM), Titulaciones Potenciomtricas y Conductomtricas, Microscopa de Transmisin Electrnica, determinacin de superficie por el mtodo Brunauer-Emmet-Teller (BET) y la Espectroscopia Foto-electrnica de rayos X.

Ciertos autores han determinado que mediante SEM*, los iones cobre se adhieren a la superficie del adsorbente formando ncleos de adsorcin y no descartan la penetracin de iones al interior del adsorbente.

Las constantes de ionizacin de algas marinas se han determinado mediante titulaciones potenciomtricas y conductomtricas, esta informacin es de suma importancia porque, complementando los resultados de FT-IR, permite la identificacin de grupos funcionales cidos que pueden estar comprometidos con el proceso de adsorcin. Es necesario saber el pH al cual la biomasa est desprotonada, porque es bajo esas condiciones en las cuales la adsorcin se maximiza (mximas interacciones electrostticas). Los resultados obtenidos ponen de manifiesto que los grupos funcionales de las algas marinas se ionizan a partir de pH 4, hecho constatado por la inexistencia en la bibliografa de valores mximos de adsorcin para algas marinas a pH inferiores a 4.49

Finalmente, conscientes de que la biosorcin es un proceso fsico-qumico de adsorcin, el rea superficial con la que cuenta el adsorbente tambin cumple un papel importante en su eficiencia para la eliminacin de metales pesados.

*SEM: Microscopa de Barrido Electrnico *BET: Brunauer-Emmet-Teller. Ambas tcnicas analticas usadas en estudios de biosorcin de metales pesados.

La tcnica BET, mediante la adsorcin de nitrgeno permite conocer con exactitud la superficie accesible de un adsorbente y establecer comparaciones con otros biomateriales disponibles.50

3.2.2 Estudios y logros generados con la aplicacin de bioacumulacin y biosorcin.

a) Bioacumulacin

Investigadores de la PUCV trabajan desde el 2005 junto con la Fundicin Ventanas en la bsqueda de una metodologa de fitorremediacin de los suelos impactados por sus emisiones, es decir, la utilizacin de diversas especies vegetales que permiten la descontaminacin del suelo, de forma natural.

El objetivo de esta investigacin ha sido identificar especies metalfitas con potencial para la fitorremediacin de suelos afectados por cobre y arsnico. Para este propsito, se realiz una prospeccin de especies vegetales en su hbitat natural, en los suelos contaminados por Cu y As aledaos a la fundicin Caletones, de la minera CODELCO- El Teniente y a la fundicin Ventanas, de la minera CODELCOVentanas. Es as como en el sector de Ventanas se muestrearon 22 especies metalfitas, mientras que en el sector de El Teniente se muestrearon 16 especies.

Las especies fueron clasificadas por su factor de bioconcentracin, es decir, la concentracin de Cu o As en la parte area de la planta dividida por la concentracin del elemento en el suelo. Las especies con FB>1 se consideraron hiperacumuladoras, es decir, tiles en procesos de fitoextraccin. Por otro lado, las especies que presentaron concentraciones normales de Cu y/o As en su parte area51

se consideraron tiles para fines de fitoestabilizacin, ya que mantienen el contaminante inmovilizado en las races, sin translocarlo a la parte area. Estas especies deben ser adems de ciclo de vida perenne, para evitar que los contaminantes retornen al suelo al morir la raz de la planta, como ocurrira con las especies anuales.

Segn

esta

clasificacin,

en

el

sector

de

Ventanas

se

identific

a

la

especie Oenothera affinis como potencial hiperacumuladora de cobre, ya que present una concentracin mxima de 614 mg/kg. Esta caracterstica, adems de su carcter de maleza (requiere poco cuidado), la hacen ideal para procesos de fitoextraccin a gran escala.

En el rea de El Teniente no se identificaron especies hiperacumuladoras de Cu o As, sin embargo, se identificaron las especies Calandrinia sp y Convulvus arvensis como potencialmente tiles en procesos de estabilizacin de As y a Galega oficinallis como potencialmente til en procesos de estabilizacin de Cu y As.

Adicionalmente, se realizaron ensayos para analizar la evolucin de la concentracin de los elementos en relacin al estado fenolgico. Los resultados indican que la mayor concentracin de elementos se da en estado vegetativo, mientras en estado reproductivo disminuye por la produccin de biomasa y la disminucin de la intensidad de absorcin. Adems, es posible que, en especies perennes exista un grado de re-translocacin de elementos desde la parte area hacia las races al llegar la senescencia.52

A continuacin se presentar la imagen N8 que demuestra la diferencia entre la fitoextraccin y la fitoestabilizacin, dos tcnicas de remediacin.

Imagen N8: Diferencia entre fitoextraccin y fitoestabilizacin

Fuente: Blog Agronoma PUCV, 2009.

En la imagen se distingue la diferencia de la fitoextraccin y la fitoestabilizacin como tcnicas de remediacin. La fitoestabilizacin utiliza plantas que inmovilizan los metales en el suelo, sin removerlos. Los mecanismos involucrados son la absorcin o adsorcin en las races. De esta forma, los contaminantes permanecen retenidos bajo la superficie del suelo, sin peligro de dispersarse con el viento o pasar a la53

cadena nutritiva. En tanto, la fitoextraccin utiliza plantas tolerantes que adems son capaces de absorber los metales desde el suelo y acumularlos en su biomasa area.

Posteriormente, esta biomasa es cosechada, incinerada y tratada como residuo peligroso. De esta forma, luego de realizar varios ciclos de cultivo y cosecha, se logra disminuir la concentracin total de los metales en el suelo.

Los expertos explican que en esta tcnica son deseables especies que acumulen grandes cantidades de metales y produzcan una cantidad considerable de biomasa area. Las especies ms deseables son las hiperacumuladoras capaces de acumular, en el caso del cobre, ms de 1000 mg/kg. Entre las plantas identificadas que poseen potencial para fitorremediacin se destacan la flor de la oracin (Oenothera affinis, acumula hasta 614 mg/kg de cobre), el romerillo (Baccharis linearis, acumula hasta 314 mg/kg de cobre) y el cardo santo (Argemone subfusiformis, acumula hasta 391 mg/kg de cobre).

b) Biosorcin (Flores J., Biga M., Tapia N., Maldonado .2001).

Para el caso de la Biosorcin, en Per se han determinado estudios a partir de la utilizacin del quitano, un adsorbente de inters para este pas, donde su mayor disponibilidad se encuentra en los residuos de la industria alimenticia (langostinos).

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A continuacin se presentan los procedimientos de un estudio de biosorcin realizado en Per utilizando quitosano.

En la etapa de acondicionamiento conocimiento previo de:

(etapa previa al estudio) se establecen

condiciones iniciales para las pruebas de biosorcin, donde se requiere el

- La qumica en solucin de las especies metlicas1,7,8 - Las caractersticas fisicoqumica del adsorbente y el estudio de: - El pH ptimo de la biosorcin. - La temperatura adecuada.

La adsorcin es la primera parte del proceso de biosorcin, en el cual se evalan las condiciones predeterminadas en el acondicionamiento para remover las especies metlicas del efluente. Establecidos el pH y T adecuados, sus principales parmetros de estudio son:

- Las concentraciones del bioadsorbente y la especie metlica en solucin. Realizadas las pruebas a varias concentraciones, debe proveer: - La capacidad mxima de adsorcin y el tiempo adecuado para el proceso.

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La segunda parte del proceso conocida como desorcin tiene como objetivo principal mantener su bajo costo, la mayor recuperacin de metales y la eficiencia del adsorbente; sus principales caractersticas son:

- Uso de soluciones adecuadas de elucin, mediante el estudio de las afinidades del metal por el adsorbente. - Proveer un mximo de ciclos de uso para el adsorbente: biosorcin-regeneracin. - Su evaluacin se realiza por el parmetro RC, relacin de concentracin.

cc de metal eluado (recuperado) RC= cc inicial contaminante

Los mecanismos describen cmo se enlaza el metal al adsorbente; se postulan dos principales:

- Quimisorcin: incluye el intercambio inico, coordinacin, quelatacin; e involucra altas energas de enlace entre el adsorbente y la especie metlica.

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- Fisisorcin: mediante interacciones dbiles de tipo dipolar, o por atrapamiento en tamices moleculares.

La complejidad de los biomateriales serie de la complejidad de los biomateriales (serie de grupos funcionales) puede generar mecanismos simultneos de quimisorcin/fisisorcin, estos se verifican en las curvas dinmicas y de equilibrio.

Los objetivos de los mecanismos son: - Manipular las propiedades de la biomasa y optimizar el proceso a nivel molecular. - Desarrollar materiales anlogos y activar materiales potenciales.

El modelamiento permite evaluar y describir por ecuaciones matemticas el proceso de biosorcin; los modelos desarrollados indican las condiciones ptimas y adems predicen condiciones en el rango de las pruebas realizadas, se describen dos aspectos principales de la biosorcin:

- El equilibrio mediante las isotermas de adsorcin; una isoterma es una relacin entre la cantidad de metal adsorbido y la concentracin de metal remanente en solucin (q y c), son modelos clsicos de adsorcin los de Freundlich, Langmuir, BET pero pueden desarrollarse otros o combinacin de estos modelos clsicos.

57

- La cintica o dinmica de la biosorcin corresponde al estudio de la cantidad que se adsorbe en el tiempo (q y t), dependiendo del tipo de adsorbente tiende a ser el desarrollo ms complicado.

La granulacin determina la eficiencia del proceso desde el acondicionamiento del adsorbente, la condicin fsica del adsorbente en tamao o porosidad permite un rea efectiva para la adsorcin, si la adsorcin es solamente superficial, los tamaos ms pequeos de partcula proveern mayor rea adsorbente, sin embargo es importante que el tamao se adece al sistema, en una columna de flujo continuo, partculas muy pequeas limitan el flujo del efluente, asimismo partculas muy grandes no proveen un contacto adecuado entre las especies metlicas y los sitios de sorcin.

El quitosano, su estudio y aplicacin en bioremediacin permitirn una alternativa viable para aliviar la contaminacin de especies metlicas en efluentes mineros. Este biopolmero se obtiene a partir de la quitina, biopolmero original que unido a protenas y sales minerales forma un material compuesto (composite) biolgico en las caparazones de crustceos, la extraccin de quitina incluye pasos previos de separacin de la cscara del crustceo, secado, molienda, desproteinizacin con medio alcalino en caliente y desmineralizacin en medio cido; obtenida la quitina, el58

paso siguiente de desacetilacin con lcali fuertemente concentrado y temperatura provee el quitosano.

La desacetilacin genera una estructura qumica con predominio del monmero 2glucosamina.

La granulacin en el caso del quitosano incluye presentaciones en forma de escamas, polvo e igualmente microperlas en grnulos de dimetro en el orden de dcimas y unidades de mm, adems de modificaciones fsicas que se complementan en tamao y porosidad.

Finalmente, las ms avanzadas investigaciones han desarrollado biopolmeros derivados del quitosano con modificaciones qumicas que le confieren mayor resistencia qumica, e incrementan su capacidad de adsorcin y selectividad metlica.

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4. DISCUSIN

Tras lo presentado en este seminario de ttulo, se puede destacar que tanto el proceso de absorcin y adsorcin pueden ser relevantes al momento de pensar en soluciones relacionadas con los relaves mineros. De esta forma ambos procesos resultan factibles al momento de eliminar los metales txicos de estos efluentes, sin embargo, presentan ciertas diferencias al momento de compararlas, mostrando ventajas y desventajas en la aplicabilidad de stas. Para poder ejemplificar de mejor manera lo anteriormente sealado, es que a continuacin se presentar un cuadro comparativo:

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Cuadro comparativo en las tcnicas de absorcin y adsorcin

ABSORCIN Proceso de absorcin o sorcin al interior Procesos con biomasa viva Existe requerimiento de nutrientes Los metales pesados no son recuperados La concentracin equivale aprox. ms de 1000 mg/Kg. La tcnica con plantas resulta barata El resultado es la biomasa que se cosecha y se incinera

ADSORCIN Proceso de adsorcin o sorcin de superficie Procesos con biomasa seca

No existe requerimiento de nutrientes Los metales pesados pueden ser recuperados La concentracin de metales pesados para sta tcnica es limitada 100 mg/L. La tcnica con algas resulta barata, sin embargo, los procesos qumicos resultan costosos Del resultado de ese proceso resultan lodos con alta concentracin de metales

Con lo visto anteriormente, se pueden decir que, la bioremediacin es uno de los mtodos para eliminar los contaminantes metlicos de los efluentes mineros. Su aplicacin provee una ventaja tcnica y econmica frente a otros como el intercambio inico o el uso de membranas. En la bioacumulacin, tcnica de la bioremediacin, las especies metlicas se incorporan en el interior de las clulas de microorganismos; su inconveniencia radica en la necesidad de preparar cultivos y condiciones especiales para mantener las biomasas. En cambio la biosorcin utiliza polmeros naturales, llamados biopolmeros; las caractersticas funcionales de estas61

macromolculas les confieren la capacidad de absorber bajo condiciones predeterminadas, especies metlicas diversas, sin embargo, su uso se ve restringido por las concentraciones en las que sta tcnica se puede utilizar (100 mg/L. resulta conveniente), adems otra desventaja de la biosorcin es que los mtodos qumicos resultan costosos, no as la tcnica de bioacumulacin donde el cultivo de plantas hiperacumuladoras resulta de bajo costo.

La fitoestabilizacin junto a la fitoextraccin resultan efectivas al momento de absorber y adsorber metales pesados (por medio de Oenothera affinis, Baccharis linearis, Argemone subfusiformis); la adsorcin por algas marinas resulta efectiva tambin, ya que, es posible la recuperacin de los metales, sin embargo la generacin de lodos con alta concentracin de metales la hacen una tcnica difcil de llevar a cabo, resultando de esta manera la bioacumulacin la tcnica recomendada para extraer los metales pesados de los efluentes mineros, ya que:

Logran una gran cantidad de acumulacin, ya sea en hojas o races. No generan residuos (lodos en el caso de las algas). Lo que resta del proceso es cosechado e incinerado. Resulta ser una tcnica limpia, eficiente y de bajo costo.

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5. CONCLUSIN

La minera representa la actividad econmica ms importante del pas. Sin embargo, tambin es una de las actividades ms contaminantes y perjudiciales para el hombre y el medioambiente, quedando demostrado en los impactos que causa a las variables agua, suelo, ecosistemas terrestres y acuticos, afectando tambin la principal variable, el medio humano. Es por esto que se buscan alternativas para la descontaminacin de estos efluentes, evitando as que se produzca un dao al hombre y al medio que le rodea.

Bioacumulacin y biosorcin dos tcnicas de bioremediacin buscan la eliminacin de los metales txicos de los efluentes mineros, utilizando para el logro de sus objetivos materiales de origen biolgicos.

La bioacumulacin se basa en la absorcin (sorcin al interior) de las especies metlicas mediante los mecanismos de acumulacin al interior de las clulas de biomasas vivas; varios estudios incluyen el uso de bacterias Gram+, Gram-, algas marinas y otros. En tanto la biosorcin es el proceso de adsorcin (sorcin de superficie) que se realiza sobre biomasas secas, a partir de residuos de cultivos de fermentacin o de derivados de organismos animales y vegetales, adems de procesos fsico-qumicos.

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Por el mtodo de bioacumulacin se presentan distintas plantas capaces de acumular los metales txicos como el caso de la Eichhornia crassipes, Lemna minor L. y Hydrocotyle umbellata que resultan muy buenas para la rizofiltracin. Tambin estn Oenothera affinis, Baccharis linearis, Argemone subfusiformis que son buenas para el proceso de fitorremediacin y fitoextraccin.

En el caso de procesos por biosorcin se encuentran los procesos qumicos o de precipitacin qumica y adsorcin en el tratamiento de efluentes conteniendo metales disueltos, que resulta un buen mtodo, y se concluye que el combinar procesos de precipitacin qumica y adsorcin hace viable el abatimiento de la concentracin de cobre en la solucin muestra hasta los niveles permitidos para su disposicin al ambiente.

Comparando ambos procesos se concluye que la bioacumulacin es la tcnica recomendada para extraer los metales pesados de los efluentes mineros, ya que:

Logran estabilizacin qumica, donde se logra reducir la biodisponibilidad de los metales presentes. Los metales son complejados, absorbidos y/o adsorbidps por las races, los microorganismos asociados a las races de las plantas y por los acondicionadores de sustrato, donde son acumulados en forma inocua, evitando los efectos txicos causados a los seres vivos y al medio ambiente.64

Estabilizacin Fsica al prevenir dispersin elica e hdrica del materia hacia zonas aledaas. Y estabilizacin biolgica asegurando la autosustentabilidad del sistema

vegetal recreado artificialmente, al restituir la actividad de la microbiota encargada del ciclado de los nutrientes y al mitigar los factores fsicos.

No generan residuos (lodos en el caso de las algas). Lo que resta del proceso es cosechado e incinerado.

Resulta ser una tcnica limpia, eficiente y de bajo costo.

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6. BIBLIOGRAFA

Aquagarden lnea](consulta: 08-11-2010)

.2008.

Flora

acutica [en

http://www.aquagarden.com.ar/productos-aquagarden.php?idc=16

Biopix. lnea](consulta: 10-12-2010)

2003.

Hongos

http://www.biopix.es/category.asp?category=svampe&families=1[en

Estrucplan.

2002.

Tratamiento

de

efluentes

y

desechos [en

http://www.estrucplan.com.ar/Producciones/Entrega.asp?identrega=2793 lnea](consulta: 09-12-2010)

Flores J., Biga M., Tapia N., Maldonado .2001. Bioremediacin de metales txicos en efluentes mineros aplicando biosorcin http://sisbib.unmsm.edu.pe/bibvirt ual/publicaciones/geologia/v04_n7/biore_metal.htm [en lnea] (consulta: 04-092010)

66

Higueras 11-2010)

P.,

Oyarzun

R.2002.

Minera

y

suelo

http://www.uclm.es/users/higueras/MAM/MMAM5.htm [en lnea](consulta: 04-

Infojardin 11-2010)

.2009.

Plantas 08-

http://articulos.infojardin.com/plantas/plantas.htm [en lnea] (consulta:

Infovegetarianos.

2008.

Levadura

de

cerveza

http://www.infovegetarianos.com/la-levadura-de-cerveza-el-gransuplemento-parte-i [en lnea](consulta: 10-12-2010)

Lillo

J.

2006.

Impactos

de

la

minera

en

el

medio

natural [en

http://www.escet.urjc.es/~jlillo/Efectos%20ambientales%20mineria.pdf lnea](consulta: 30-09-2010)

Look

for

diagnosis.

2009.

http://www.lookfordiagnosis.com/mesh_info.php?term=Chlorella+%20Vulgaris &lang=2 [en lnea](consulta: 08-11-2010)

67

Pontificia Universidad Catlica de Valparaso. 2008. Desechos mineros http://agropucv.blogspot.com/2009/10/desechos-mineros-usan-plantaspara.html [en lnea](consulta: 08-11-2010)

Puente. L. 2002. Precipitacin qumica y adsorcin en el tratamiento de efluentes 2010) conteniendo metales disueltos http://www.scielo.org.pe/pdf/iigeo/v5n9/a10v5n9.pdf [en lnea](consulta: 30-09-

Snchez M. .2010. Consecuencias de la contaminacin por relaves mineros http://marcosanchezcalle-peru.over-blog.com/article-consecuencias-de-lacontaminacion-por-relaves-mineros-de-junin-43767566.html[en lnea](consulta: 08-11-2010)

Snchez lnea](consulta: 30-09-2010)

L.E.

2000. [en

http://www.unesco.org.uy/geo/campinaspdf/23ecosistemas.pdf

68

Vullo

D.

2003.

Microorganismos

y

metales

pesados metales.htm

http://www.quimicaviva.qb.fcen.uba.ar/Actualizaciones/metales/ [en lnea](consulta: 10-11-2010)

69