Cuando hablamos de microbios (bacterias, hongos y levaduras), lo primero que viene a nuestra mente son aquellos organismos microscópicos responsables de las enfermedades que aquejan al ser humano: diarreas, cólera, tuberculosis, tifoidea, infecciones urinarias, o “pie de atleta”, entre otras.

Los microbios cumplen una serie de tareas beneficiosas y fundamentales para la humanidad y la vida en su conjunto. Jamás imaginamos que existan microorganismos útiles en la fabricación de productos como vino, cerveza, yogurt, pan, medicamentos, entre otros; o que sean capaces de vivir en condiciones extremas de temperatura y acidez siendo útiles en la extracción de metales contenidos en minerales.

El empleo de microorganismos – bacterias, levaduras y hongos ‐ como catalizadores de procesos industriales se conoce como BIOTECNOLOGÍA, y en el sector minero mundial concita gran interés por la enorme posibilidad de recuperar metales presentes en minerales difíciles de tratar con la tecnologías convencionales, asi como tratar efluentes generados en la etapa productiva.

PRENSA REGIONAL MOQUEGUA, Diciembre 13, 2013, pp6

• En un principio, cuando se quería explicar la habilidad y el empleo de

microorganismos en la disolución de metales generalmente se hablaba de

LIXIVIACIÓN BACTERIANA o BIOLIXIVIACIÓN y para darle una mayor

jerarquía se la elevaba al rango de BIOHIDROMETALURGIA o simplemente

BIOMETALURGIA. Esto básicamente porque los estudios, y las aplicaciones

industriales, se concentraban en la disolución o lixiviación de cobre o uranio.

• La lixiviación bacteriana se explicaba como un proceso natural

que se vale de la capacidad de cierto grupo de microorganismos

– principalmente bacterias del género Acidithiobacillus (antes

Thiobacillus) - de oxidar sulfuros metálicos hacia sus sulfatos

solubles correspondientes, con la producción de ácido sulfúrico y

sulfato férrico. (Guerrero, 2008)

• Con el surgimiento del interés de recuperar oro a partir de

menas refractarias, nació el concepto de BIOOXIDACIÓN DE

SULFUROS, necesario para explicar la participación

bacteriana en un mecanismo muy distinto que para la disolución

del cobre.

Una primera definición del término nos permite decir que la biominería es la disciplina que estudia y aplica la utilización de microorganismos para facilitar la extracción y recuperación de metales desde yacimientos minerales conteniendo hierro y/o sulfuros, concentrados sulfurados en pilas o biorreactores.

En un sentido más amplio, aplica la biotecnología a la industria minero-metalúrgica en tres bioprocesos (Bio-lixiviación, Bio-oxidación y Bio-mineralización) para lograr la purificación de metales, cada uno emplea microorganismos específicos con variaciones con el sustrato (minerales) y los productos (Iones, metales, polímeros, ácidos, etc) para aumentar la productividad de la Industria y tener menor impacto al medio ambiente.

Adicionalmente, implica otras áreas:

Biosorción de metales tóxicos y valiosos

Bioremediación

Fitoremediación

Biosensores. Biomonitores. Biomarcadores.

Diseño de bioreactores e Ingeniería ecológica

Tratamiento biológico de efluentes y desechos: drenajes ácidos, efluentes cianurados.

Mejoramiento genético

Reducción pasiva y activa de sulfatos

Pantanales o wetlands modificados con ingeniería

Biocidas en pilas de roca estériles

Ingeniería ecológica para purificación de soluciones

Tapones biológicos impermeabilizar superficie de botaderos.

Fosfato de origen biológico para estabilizar residuos.

Tratamiento biológico de aguas residuales.

Biosurfactantes

Biofiltros para tratamiento de gases tóxicos, otros mas…

MICROORGANISMO

FUENTE

ENERGETICA

pH TEMPERATURA

(ºC)

Acidithiobacillus ferrooxidans Fe+2 , U+4 , Sº 1.5 25 - 30

Acidithiobacillus thiooxidans Sº , Fe+2 2.0 25 - 30

Leptospirillum ferrooxidans Fe+2 1.5 25 - 35

Sulfolobus Sº, Fe+2 , C org. 2.0 > 60

Acidiphilium cryptum C orgánico 2.0 25 - 35

Th. intermedius Sº , S-2 , C org. 2.5 30

Th. napolitanus Sº, S-2 2.8 30

Th. acidophilus Sº, S-2 3.0

Th. thioparus Sº, S-2 3.5

Thiobacillus TH2 y TH3 Fe+2, S-2 6.0 50

Metallogenium sp. Fe+2 4.5

Heterótrofos C org. 25 - 40

• Anteriormente conocido como Thiobacillus ferrooxidans

• Bacilo de aproximadamente 0.5µ de ancho por 1.0µ de largo.

• Acidófilo: Desarrolla a valores de pH en un rango entre 1.5- 3.0, siendo el óptimo 2.0.

• Desarrolla a temperaturas entre 30ºC-45ºC, estando el óptimo entre 35º y 40ºC.

• Oxida compuestos de Fe+2 y S reducido.

• Ampliamente estudiada y empleada en la disolución de cobre y en el pre-tratamiento de sulfuros auríferos refractarios.

• Considerado como uno de los más importantes contribuyentes al drenaje ácido en canchas de relaves con altos contenido de pirita

Acidithiobacillus ferrooxidans microscopio de contraste Fuente: South African Society for Microbiology

(http://sasm.org.za/blog/item/4-prof-doug-

rawlings.html#.UMCr6eTK44x)

Acidithiobacillus ferrooxidans visto con microscopio electrónico de transmisión. Escala 500nm

Fuente: Journal of Bacteriology. (http://jb.asm.org/content/178/19/5776.short)

Acidithiobacillus ferrooxidans (cont.)

Otros microorganismos asociados

Leptospirillum

Ferroplasma Sulfolobus

Metallosphaera

• Leptospirillum es un género de bacterias ferro-oxidantes que juegan un papel importante en la lixiviación industrial y la oxidación mediada microbiológicamente .

• Los miembros de Leptospirillum son considerados actualmente como los principales responsables de la oxidación de fierro en estos procesos industriales de lixiviación en tanques.

• Son considerados los principales responsables de la generación de aguas ácidas, por lo que se han convertido en los actores principales en estos procesos.

• Los sulfolabales se encuentran en fumarolas volcánicas creciendo a un pH entre 2 y 3 y a una temperatura entre 75º - 80 ºC.

• Su aplicación en procesos de lixiviación y oxidación bacteriana de minerales permititían reducir considerablemente los costos en energía.

• S. tokodaii cepa 7, es capaza de oxidar sulfuro de hidrógeno a sulfato de manera intracelular, que podría ser empleado en el tratamiento de aguas industriales.

• Ferroplasma spp. Son microorganismos acidofílicos que favorecen la desintegración y

disolución de los sulfuros metálicos, principalmente pirita.

• Esta capacidad tiene un papel importante en el ciclo geoquímico del azufre y lo

convierte en responsable de la generación de aguas ácidas.

• Ferroplasma permite disminuir la tasa de pirita mediante la regeneracion de fierro

férrico, el principal oxidante de lapirita a nivels bajos de pH.

• Se produce por la catálisis que los organismos ejercen durante

la disolución de algunas menas por diferentes mecanismos, de

modo que el microrganismo se sirve del mineral como

combustible, lo utiliza para sobrevivir y libera metales sin

requerir una aplicación externa de energía.

Fe+2 Fe+3+ e-

Directa

MS + 2 O2 MSO4

FeS2 + 7.5 O2 + H2O Fe2(SO4)3 + H2SO4

Indirecta

MS + Fe2(SO4)3 MSO4 + Sº + 2 FeSO4

2 FeSO4 + H2SO4 + 0.5 O2 Fe2(SO4)3 + H2O

Sº + 1.5 O2 + H2O H2SO4

TEMPERATURA NUTRIENTES

OXIGENO TAMAÑO DE

LA PARTICULA

FUENTE DE ENERGIA PRESENCIA DE

INHIBIDORES

pH LUZ

Sulfuros de Cobre

Proceso más ampliamente estudiado.

Por acción bacterial el cobre se transforma en Sulfato de cobre soluble a partir del cual el metal puede ser recuperado por cementación o SX/EW.

Los sulfuros secundarios son oxidados más fácilmente.

4 CuFeS2 + 17 O2 + H2SO4 4 CuSO4 + 2 Fe(SO4)3 + 2 H2O

CuS2 + H2SO4 + 2.5 O2 2 CuSO4 + H2O

A nivel industrial se aplica con éxito en Chile, USA , Perú, etc.

Proceso BIOCOP para el tratamiento de cobre arsenical.

Lixiviación en Botaderos de Toquepala.

BIOOXIDACION EN PILAS

Sulfuros de Cobre

Sulfuros Auríferos Refractarios

Romper la matriz de sulfuro (pirita o arsenopirita) en la que se encuentra “atrapada” la partícula aurífera.

2 FeAsS + 7 O2 + H2SO4 + H2O Fe2 (SO4)3 + 2 H3 AsO4

En este caso, y a diferencia de los metales base, la tecnología bacteriana resulta siendo un pre-tratamiento antes que una disolución propiamente dicha del metal.

El enorme desarrollo e interés surgido por la biolixiviación se debe a la necesidad de recuperar el oro contenido en menas de difícil tratamiento.

Es posible tratar sulfuros refractarios empleando tanques agitados o pilas (heaps): BiOx, MinBac, Newmont, Geocoat.

• El proceso fue desarrollado por Newmont en su unidad de Carlin, Nevada para el tratamiento de un mineral de baja ley (1 gr/T Au).

• Se preparan pilas de 8.5 a 10.7 metros de altrura con material molido, aglomerado con un inóculo bacteriano, y acondicionado con ácido.

• La ventaja de la aglomeración es el rápido inicio de la biooxidacion.

• Se aplican periodos de descanso.

• Desarrollado por GeoBiotics para el tratamiento de sulfuros auríferos

refractarios.

• El proceso está diseñado para trabajar con concentrados generados

por flotación o concentración gravimétrica.

• El concentrado se mezcla con un inóculo bacteriano produciendo una

pulpa delgada que se coloca sobre una “roca soporte” de 5 a 20 mm

de diámetro. El soporte puede ser desmonte, grava, o algun producto

que pueda tolerar las condiciones del proceso.

• La película formada por el concentrado es de 0.5 a 1 mm de espesor .

• El proceso favorece la formación de poros a través de los cuales se

facilita la difusión del oxígeno necesario para el trabajo bacteriano.

Zinc: La aplicación de los procesos biológicos tienen un enorme potencial, aunque no se reporta la existencia de plantas industriales.

Un proceso que ha mostrado resultados alentadores en la disolución de menas de zinc es el conocido como BRISA.

Plomo: se forma sulfato de plomo, el cual es insoluble en medio ácido. Este aspecto puede ser empleado para la separación selectiva de algunos valores acompañantes en una mena de plomo.

Níquel: Es lixiviado por A. ferrooxidans a partir de milerita y pentandlita. Billiton desarrolla un proceso denominado BIONIC.

Antimonio: Reportes señalan la capacidad de A. ferrooxidans de oxidar antimonita. B. thioparus y T. thiooxidans también tienen la habilidad de atacar este sulfuro.

Metales Raros: Algunos metales raros se encuentran en la matriz de sulfuros. Al igual que con los metales preciosos es necesario romper esta matriz para liberarlos. Dentro de los principales metales que pueden ser recuperados tenemos a galio y cadmio, germanio y cobalto, renio, selenio y telurio, titanio, uranio, entre otros.

ANTECEDENTES

Son muchos los elementos que deterioran el medio natural, y muchas las

actividades del hombre que tienen consecuencias negativas en los recursos

naturales de la Tierra. Cada vez es mayor el número de alarmas que se

disparan para alertarnos de los riesgos, no existe ningún medio que no esté

afectado, o con grandes posibilidades de afectarse, y no existe ninguna

solución que garantice la plena resolución de los peligros.

El vertido de sustancias tóxicas se hace cada año más

incalculable. Miles de compuestos químicos, creados en

laboratorios, alteran el funcionamiento de los ecosistemas

y atentan contra la salud de sus habitantes: efluentes

agrícolas, residuos industriales y accidentes industriales,

contaminan aguas superficiales, suelos, aire, corrientes

acuosas, y los reservorios.

Son cada día mayores las conexiones entre contaminación y

salud, ya nadie duda que un ambiente contaminado provoca

numerosas enfermedades, desde las relacionadas con la piel

o el aparato respiratorio (alergias, dermatitis, asmas), a

procesos mucho más graves de tipo degenerativo.

REMEDIACIÓN BIOLÓGICA

La remediación biológica es una interesante alternativa que

permite tratar, recuperar y/o restaurar cursos de aguas y

suelos contaminados de metales, productos orgánicos, y demás

polución industrial.

Dos tipos:

• Fitorremediación

• Biorremediación

FITORREMEDIACIÓN

• La fitorremediación

constituye una variación

de las técnicas de

remediación biológica,

pero se concreta en el

«uso de plantas verdes

dirigidas a liberar, contener,

o transformar en

compuestos inocuos a los

contaminantes del suelo».

FITORREMEDIACIÓN

BIORREMEDIACIÓN • Tecnología que emplea microorganismos naturales (levaduras,

hongos o bacterias) o manipulados genéticamente para degradar

sustancias peligrosas en otras menos tóxicas o inofensivas para

el medio ambiente y para la salud humana.

• Se basan en la digestión de las sustancias orgánicas e

inorgánicas por los microorganismos.

• Requiere de condiciones adecuadas de pH, presencia de

nutrientes en suelo y agua: temperatura; humedad, textura y

estructura del suelo; y concentración de los contaminantes.

• Se consideran procesos de biosorción, biorreducción,

biodegradación, bio-acumulación, entre otros..

• La biorremediación bacteriana se ha convertido en una nueva

alternativa para atacar de manera directa muchos de los

problemas de contaminación que presentan los suelos y las

aguas.

• Ventajas

• Eliminación permanente de la contaminación.

• Aceptación por la sociedad.

• Mínima alteración del lugar.

• Puede acoplarse con otros procedimientos

descontaminantes.

• Las aguas ácidas, también conocidas como drenaje ácido de rocas o drenaje ácido de mina, son el resultado de la oxidación de minerales sulfurados y la posterior lixiviación o disolución de los metales asociados, cuando las rocas sulfurosas son expuestas al aire y al agua.

• Condiciones básicas

• Agua (medio acuoso)

• Fuente de azufre (mineral como pirita, etc)

• Aire (como fuente de oxígeno)

• y…..

• Bacterias (microorganismos acidófilos y extremos)

• Los microorganismos, especialmente bacterias, como agentes biogeoquímicos juegan un rol muy importante en los ciclos de la materia sobre la tierra: carbono, nitrógeno y azufre, al ser agentes específicos de transformaciones químicas a

gran escala.

• En el caso del Drenaje Acido de Mina (AMD), Acidithiobacillus ferrooxidans, conjuntamente con Leptospirillum ferrooxidans, es considerado como uno de los más importantes contribuyentes al drenaje ácido .

Generación de Aguas

Ácidas

• Un wetland es un área de terreno saturada con agua, ya sea de manera permanente o estacional.

• Se caracteriza por la presencia de una vegetación única, adaptada a estas condiciones de suelo.

• Para el tratamiento de AMD se propone la construcción de pantanales artificiales, que son ecosistemas construidos por el ser humano que imitan las condiciones naturales.

Wetlands y AMD

• Utiliza especies vegetales en sistemas pasivos de tratamiento de efluentes.

• Los Wetlands pueden reducir las cargas contaminantes (compuestos orgánicos e inorgánicos) por medio de una variedad de reacciones de captura y precipitación de metales, y también pueden actuar como filtro para sólidos suspendidos.

• Un wetland tiene dos zonas: OXIDATIVA, compuesta por plantas acuáticas; y REDUCTORA, zona rica en bacterias reductoras de sulfato, desnitrificantes y reductoras de manganeso.

• Pueden ser aeróbicos y anaeróbicos.

• Los Aeróbicos están dirigidos a mejorar el proceso de oxidación. Son muy útiles en la remoción de compuestos orgánicos, fierro, amonio y sólidos suspendidos.

• Los Anaeróbicos contienen una cubierta de caliza en el fondo del wetland. La caliza es cubierta con materia orgánica y las plantas se cultivan sobre este.

• Es útil en el tratamiento de drenajes ácidos de minas en la remoción de metales.

• El principal beneficio es su naturaleza pasiva y amigable con el medio ambiente.

• Emplea consorcio de plantas y microorganismos en aerobiosis o anaerobiosis

•Cianuro es un compuesto que contiene el radical CN–

•Entre sus formas más conocidas : HCN, CNNa, CNK.

• Se presenta como cianuro libre, cianuro WAD (Disociable en

Ácido Débil), y en complejos de ferrocianuro y como

thiocianato y cianato.

• El cianuro es usado en producción de compuestos orgánicos sintéticos (venenos), pinturas, cosméticos, adhesivos, colorantes, productos farmacéuticos, retardantes de fuego, etc.

• En la naturaleza, el cianuro es formado, excretado y degradado por miles de animales, plantas, insectos, hongos y bacterias.

• Los niveles de cianuro potencialmente liberado por la digestión o inadecuada preparación de plantas cianogénicas pueden llegar a concentraciones de cientos de partes por millón. La ingesta de estos vegetales puede originar la muerte en animales y el envenenamiento del ser humano.

• En la naturaleza se encuentran presentes bajas concentraciones de cianuro, por ejemplo, en muchos insectos y plantas, entre las que se incluyen una amplia variedad de especies vegetales.

• El cianuro se encuentra en almendras, albaricoques, bambúes, frijoles germinados, cerezas, aceitunas, papas, sorgo, soya, y nueces, a las que brinda protección contra los depredadores.

Some common chemicals based on cyanide used

in pharmaceuticals (Williams, 1948).

Chemical Name

Chemical Equation

Cocaine

CuCN.9(C17H19O3N.HCN).7HCN

Novocaine

CuCN.9(C17H20O2N2.HCN).HCN

Codeine

CuCN.4(C18H21O3N.HCN).3HCN

Nicotine CuCN.2(C10H14N2.HCN).1.5HCN

Morphine CuCN.9(C17H19O3N.HCN).7HCN

Caffeine 4CuCN.(C8H10O2N4.HCN)

Ref.: Samantha Meehan; 2000. “The fate of cyanide in groundwater at gasworks in south easthern Australia”. Ph. D Thesis, chapter 3

Especies de Plantas Concentración (mg/Kg)

Yuca

Hojas

Raíces

Raíces desecadas

Puré

377 – 500

138

46 - < 100

81

Punte de Bambú Máx. 8000

Poroto Blanco (Birmania) 2100

Almendra (amarga) 280 – 2500

Sorgo (planta joven) Máx. 2500

La siguiente es una lista de plantas que producen cianuro:

• Manzana (semillas)

• Apricot (hojas, corteza o semillas)

• Grass

• Bambú (brotes de algunas especies)

• Almendra amarga (hojas, corteza o semillas)

• Yuca (semilla y raices)

• Cereza (hojas, corteza o semillas)

• Baya de Navidad (hojas, la corteza o semillas)

• Chokecherry (frutas de hueso) (hojas, corteza o semillas)

• Avellanas

• Saúco (hojas y brotes)

• Lino, el lino de color amarillo, pino

• Hortensias (hojas y yemas)

• Frijoles Limo (frijol negro, aumentó en los países tropicales),

• Caoba de montaña (hojas, corteza o semillas)

• Melocotón (hojas, corteza o semillas)

• cereza (hojas, corteza o semillas)

• Ciruela (hojas, corteza o semillas

• cerezo negro (hojas, corteza o semillas

• Sorgo

• Cesped sudán

Source:

http://www.unt.edu/resource/02cyanidefeature.htm

• A nivel tisular, actúa sobre el sistema respiratorio, impide el uso del oxígeno inhibiendo la acción de enzimas respiratorias : citocromo oxidasa.

• La inhibición de esta enzima da como resultado una disminución en el metabolismo oxidativo y en el uso de oxígeno. La exposición a gases de cianuro originan síntomas en breves segundos mientras que la absorción oral retarda los síntomas al menos por 30 minutos.

• El compuesto es rápidamente absorbido a partir de superficies mucosas y piel intacta.

• La dosis letal del cianuro de potasio es aproximadamente 200 mg y HCN es 50 mg.

Se aprovecha de la capacidad de ciertos grupos de microorganismos, mayormente bacterias, de utilizar compuestos cianurados como fuente de carbono y nitrógeno convirtiendo el compuesto tóxico en sustancias inocuas.

• La biodegradación de cianuro puede ser aeróbica y anaeróbica y resulta en la formación de amonio.

• Los microorganismos involucrados poseen varios sistemas enzimáticos específicos que les permite desarrollar en ambientes con alta concentracíón de cianuro.

• Muchos hongos (Fusarium, Hasenula) y bacterias (E.coli, Pseudomonas fluorescens, Citrobacter, Bacillus subtilis y otros) asimilan cianuro y lo usan como fuente de nitrógeno y/o carbono, teniendo como intermediario NH3.

• Uno de los mecanismos involucra a la enzima cianuro hidratasa, que resulta en la conversión irreversible del cianuro en formamida, que finalmente es transformada en CO2 y NH3.

• Cianuro también puede ser convertido en -cianoalanina o en un -aminonitrilo por la -cianoalanina sintetasa, seguida de la hidrólisis de los productos para liberar un ácido y NH3.

• Una tercera ruta utiliza cianuro monoxigenasa para catalizar la conversión de HCN en cianato (HOCN), lo que lleva a una descomposición catalítica mediada por otra enzima, cianasa, para producir CO2 y NH3. La cianasa es inducible con el cianato mientras que la cianuro monoxigenasa no lo es.

• Algunas cepas bacterianas transforman directamente cianuro en CO2 y NH3 por medio de la cianuro dioxigenasa, sin la formación de cianato como intermediario.

La primera operación industrial se localiza en la mina de Homestake Mining en Lead. South Dakota, USA. El sistema de tratamiento se basa en la biodegradación de los cianuros y la biosorción de los metales pesados tóxicos.

• El principal microorganismo encontrado pertenece al género Pseudomonas. El proceso involucra dos pasos biológicos. El primero, incluye la ruptura oxidativa del cianuro y thiocianato y la captura de los iones metálicos en una biopelícula.

•El segundo paso, convierte el amonio producido a nitrato mediante una nitrificación biológica.

MxCNy + 2 HxO + ½ O2 = M-biopelícula + HCO3 + NH3

(Me: Fe, Cu, Zn)

SCN- + 2 H2O + 5/2 O2 = SO4-2 + HCO3

-1 + NH3

NH4+ + 3/2 O2 = NO2

-1 + 2 H+ + H2O

NO2-1 + ½ O2 = NO3

-1

BIORREMEDIACIÓN DE LA CONTAMINACIÓN

POR MERCURIO

MERCURIO: ¿Qué es?

• El mercurio (Hg) o azogue es un metal pesado plateado.

• A temperatura ambiente se presenta como un líquido inodoro (no tiene olor).

• En la naturaleza, puede ser encontrado en suelo, agua y aire, bajo la forma de

mercurio elemental (metálico), inorgánico y orgánico.

• Las formas naturales más comunes son el mercurio elemental, sulfuro de

mercurio o cinabrio, cloruro y metilmercurio.

• Se debe precisar que la forma tóxica de interés es el metilmercurio (CH3Hg+),

que se biomagnifica fácilmente como parte de la cadena alimenticia, poniendo en

riesgo los ecosistemas y la salud pública, al acumularse en los tejidos blandos,

especialmente de peces en áreas donde se realiza explotación minera ilegal.

Complejos org nicos e inorg nicos矣 HgS

SEDIMENTO Hg(0) Hg+2

CH3Hg+ CH3HgCH3

AGUA Hg(0) Hg+2

CH3Hg

+ CH3HgCH3

AIRE Hg(0) Hg+2

PECES

CH3HgCH3

MERCURIO: actividad antropogénica

• Se conocen múltiples usos ya sea con propósitos

industriales, medicinales y cosméticos. En la

actualidad, su empleo involucra la producción de

cloro-alcalis, en la fabricación de cables e

interruptores eléctricos, en instrumentos de medición

y control y en usos dentales.

MERCURIO: actividad antropogénica

• MERCURIO, y en especial su forma orgánica – metilmercurio – :

• Potente neurotoxina capaz de menoscabar el desarrollo

neurológico en fetos y en niños pequeños y provocar daño en el

sistema nervioso central de los adultos.

• Altas exposiciones al mercurio inorgánico pueden dañar el

sistema digestivo, el sistema nervioso y los riñones.

• Tanto el mercurio orgánico como el inorgánico son absorbidos

vía el tracto gastrointestinal y desde aquí afectar a otros sistemas.

• Mercurio elemental: efectos negativos en la salud al ser aspirados

como vapor y depositarse en los pulmones. Esto como consecuencia

de una exposición a derrames de mercurio o a la ruptura de materiales

que lo contienen y exponen al metal al aire, particularmente en

habitaciones cálidas o pobremente ventiladas.

MERCURIO: toxicidad

• Se reporta la existencia de numerosas tecnologías que permitan el

tratamiento de mercurio, entre las que se indican la precipitación;

coagulación/coprecipitación, y la adsorción con carbón activado.

• Adicionalmente, se tiene el intercambio iónico que históricamente ha

estado limitado al uso de resinas aniónicas para procesar aguas residuales

industriales con contenido de mercurio inorgánico.

• Otras tecnologías incluyen la reducción química, separación por

membranas, técnicas emergentes como adsorción de macrociclos,

extracción por membranas y el tratamiento biológico.

MERCURIO: TÉCNICAS DE REMEDIACIÓN

• Ya sea in situ o ex situ, la biorremediación de mercurio ha probado

ser una tecnología efectiva para el tratamiento de la contaminación

con este metal.

• Capacidad de ciertos grupos biológicos de soportar altas

concentraciones de mercurio presentes en los medios donde se

encuentran.

• Mecanismos codificadas en genes que les permite modificar la forma

contaminante – usualmente el metilmercurio – y transformarlo en una

forma menos tóxica o en mercurio elemental.

• Adicionalmente, puede presentarse una acumulación o retención del

químico en la biomasa microbiana.

• En los últimos tiempos existe una tendencia a realizar mejoramiento

genético a ciertas especies vegetales (transgénicos) para que

presenten la capacidad de tolerar altas concentraciones de mercurio

en el suelo y eliminar – o disminuir – su capacidad tóxica.

MERCURIO: REMEDIACIÓN BIOLÓGICA

Tratamiento Microbiano

• Las bacterias resistentes al mercurio (MRB – Mercury-resistant bacteria)

están ampliamente distribuidas en la naturaleza, totalizando

aproximadamente entre el 1- 10% del total de bacterias heterotróficas

aeróbicas.

• Su presencia está correlacionada con el nivel de contaminación mercurial

en un ambiente, aunque también pueden ser aisladas en ambientes no

contaminados.

Mecanismos de biorremediación

Los microorganismos pueden sobrevivir a elevadas concentraciones de

sales mercuriales debido a diferentes mecanismos.

a.- Reducción enzimática a Hgº y volatilización

El mecanismo más común de resistencia al mercurio es la reducción

enzimática de iones de mercurio bivalente (Hg2+) a su forma elemental

(Hgº) por la flavoenzima citoplasmática mercurio-reductasa.

El mercurio elemental parece ser eliminado por difusión pasiva desde la

célula bajo condiciones fisiológicas normales. La consiguiente volatilización

del mercurio remueve este material del ambiente circundante antes de que

ocurra una re-oxidación.

MERCURIO: REMEDIACIÓN BIOLÓGICA

Formación de HgS insoluble

El sulfuro de mercurio (HgS) puede formarse por la reacción directa de

Hg2+ con el Hg2S producido anaeróbicamente por la bacteria Clostridium

cochlearium; aunque también se reporta la capacidad de Klebsiella

aerogenes de producir HgS.

Remoción de mercurio en aguas residuales

Las bacterias también presentan la capacidad de remover el mercurio

presente en aguas residuales. Las investigaciones(4) reportan que la

capacidad de Klebsiella pneumoniae de usar tres distintos mecanismos

para la remoción de mercurio.

El primero de ellos, es la reducción enzimática y volatilización de mercurio

debido a la presencia del determinante de resistencia a mercurio Tn5073.

El segundo mecanismo, es la precipitación aeróbica de Hg2+ como HgS

insoluble como resultado de la producción de H2S. La tercera ruta es la

biomineralización de Hg2+ como un complejo mercurio-azufre insoluble mas

que como HgS, debido probablemente a la producción aeróbica de un

compuesto thiol volátil.

MERCURIO: REMEDIACIÓN BIOLÓGICA (cont.)

MERCURIO: REMEDIACIÓN BIOLÓGICA (cont.)

Metilmercurio: Biorremediación • Actividades humanas como la quema de carbón han producido toneladas de mercurio

iónico que es rápidamente convertido a metilmercurio por microbios presente en los

sedimentos. Esta contaminación es peligrosa debido a que el metilmercurio se

acumula en los tejidos vivos, donde es altamente tóxico.

•La toxicidad del metilmercurio fue observada por primera vez a gran escala en Japón

(50’s) debido al consumo de pescado contaminado de la bahía de Minamata, causada

por la descarga de una fabrica de productos químicos cercana y que producia

desechos con altas concentraciones de mercurio iónico, el que fue convertido en

metilmercurio y se acumuló en los peces.

•Bacterias especializadas pueden desarrollar de manera natural en ambientes

contaminados con metilmercurio graciuas a la enzima degradadora de metilmercurio

llamada MerB, con habilidad de de romper los enlaces mercurio-carbono,

convirtiéndola en crucial en los esfuerzos para limpiar este compuesto de cursos de

agua contaminadas.

•Debemos indicar que cepas selectas de bacterias son resistentes a compuestos

mercuriales debido a la adquisición de un elemento genéticamente transferible

conocido como el operon mer, un dedicado conjunto de genes resistentes al mercurio

que son autorregulados por la proteína MerR enlazada al ADN. Las bacterias

resistentes al mercurio iónico y el metilmercurio codifican proteínas que regulan el

transporte de mercurio (MerA, MerP y MerT) y la degradación del metal (MerA y MerB).

BIORREMEDIACIÓN DE COBRE

• El cobre posee un importante papel biológico en la fotosíntesis de

las plantas, aunque no forma parte de la composición de la clorofila.

• El cobre contribuye a la formación de glóbulos rojos y al

mantenimiento de los vasos sanguíneos, nervios, sistema

inmunitario y huesos y por tanto es un oligoelemento esencial para

la vida humana.

• Se encuentra en una gran cantidad de alimentos habituales de la

dieta tales como ostras, mariscos, legumbres, vísceras y nueces

entre otros, además del agua potable y por lo tanto es muy raro que

se produzca una deficiencia de cobre en el organismo.

• El desequilibrio de cobre ocasiona en el organismo una enfermedad

hepática conocida como enfermedad de Wilson.

BIORREMEDIACIÓN DE COBRE

Toxicidad

• Niveles altos de Cu en el organismo pueden ser dañinos para la salud.

• Su inhalación puede producir irritación de las vías respiratorias.

• La ingesta produce náuseas, vómitos y diarrea. Un exceso de cobre en la sangre

puede dañar el hígado y los riñones, e incluso causar la muerte. Ingerir por vía oral

una cantidad de 30 g de sulfato de cobre es potencialmente letal en los humanos.

• Para las actividades laborales en las que se elaboran y manipulan productos de

cobre, es necesario utilizar medidas de protección colectiva que protejan a los

trabajadores. El valor límite tolerado es de 0,2 mg/m³ para el humo y 1 mg/m³ para

el polvo y la niebla.

• El cobre reacciona con oxidantes fuertes tales como cloratos, bromatos y yoduros,

originando un peligro de explosión. Además puede ser necesario el uso

de equipos de protección individual como guantes, gafas y mascarillas. Además,

puede ser recomendable que los trabajadores se duchen y se cambien de ropa

antes de volver a su casa cada día.52

• La OMS en su Guía de la calidad del agua potable recomienda un nivel máximo de

2 mg/l. El agua con concentraciones de cobre superiores a 1 mg/l puede ensuciar

la ropa al lavarla y presentar un sabor metálico desagradable.

BIORREMEDIACIÓN DE COBRE

• Los hongos – sobre todo los de la pudrición blanca – como el

Pleurotus ostreatus se han reportado como buenos acumuladores de

cobre, además de cadmio, mercurio, plomo y zinc.

• Estudios realizados en Argentina, demuestran que algunas cepas de la

bacteria Escherichia coli, en un proceso ex situ, podrían ser

eficientemente utilizadas para detoxificar suelos o aguas

contaminados con cobre.

• Una cepa de Cryptococcus agrionensis fue capaz de captar 15,8 mg de

cobre por gramo de levadura, además de retener otros metales.