La Biorremediación como Solución a la contaminación ambiental que
generan las empresas minero - energéticas en Colombia.
María Higuita ECBTI Regencia de farmacia – ZOCC – Medellín - Sabanalarga
Yoli Prieto ECACEN Administración de Empresas ZCEN – Zipaquirá – Bogotá D.C
Nohora Vargas ECAPMA Agronomía 10 sem ZCEN – Zipaquirá – Sancayetano
Edinson Zúñiga ECAPMA Ing. Agroforestal 10 sem ZCSUR – Popayán –
V/Guamuez
01 junio 2013
Seminario investigación 1-2013
1. INFORMACIÓN GENERAL DEL PROYECTO
Fecha: 01 de junio de 2013Tema: La Biorremediación como Solución a la contaminación ambiental que generan las empresas minero - energéticas en Colombia.
Nombre del Grupo de Investigación o grupo trabajo colaborativo: 100108_427
Programa de Investigación: ciencia, tecnología e innovación en ambiente, biodiversidad y hábitat.Tipo de investigación: investigación formativa; desde la visión de la misión universitaria de generar conocimiento descriptivo, explicativo y predictivo, y conocimiento sobre la aplicación de conocimiento (conocimiento tecnológico).Justificación: Los problemas ambientales más significativos que puede generar este tipo de actividad están relacionados con la afectación (contaminación) de suelos, aguas superficiales (ríos y quebradas), acuíferos subsuperficiales y atmósfera; además de la alteración de la cubierta vegetal y el paisaje, de la fauna terrestre y acuática, y sobre todo, el deterioro de la salud de los seres humanos; Afectaciones por malos olores, contaminación de los nacimientos de agua, caños y quebradas para consumo humano y animal, así como la muerte total de peces y plantas acuáticas, con químicos extremadamente nocivos en las poblaciones aledañas a las instalaciones de extracción minera y procesamiento de hidrocarburos. Teniendo en cuenta lo anterior se hace necesario buscar alternativas a través métodos biológicos para remediar el ambiente contaminado a través de la biorremediación que ofrece una alta especificidad en la remoción de metales pesados de la industria minera y sustancias orgánicas como los producidos por la extracción de hidrocarburos; es por eso que presentamos esta investigación como una alternativa para la solución a la contaminación ambiental causada por metales pesados y sustancias orgánicas vertidas al ambiente.
No. Integrantes Escuela ProgramaNivel académico Zona Cead
1 María Otilia Higuita ECBTI Regencia de Farmacia
Zona Occidente
Medellín - Sabanalarga
2Yoli Patricia Prieto Manrique ECACEN
Administración de empresas 9 semestre
Zona Centro Bogotá Cundinamarca
Zipaquirá – Bogotá D.C
3 Nohora Tud Vargas ECAPMA Agronomía 10 – semestre
Zona Centro Bogotá Cundinamarca
Zipaquirá – San Cayetano
4Edinson Zúñiga Acosta ECAPMA
Ing. Agroforestal
10 - semestre
Zona Centro Sur
Popayán - Ceres Valle del Guamuez
Líder del grupo: Edinson Zúñiga Acosta Seminario investigación 1-2013
Correo: [email protected] - [email protected]
Ciudad: San Miguel
Departamento: Putumayo
Lugar de ejecución de la propuesta : departamento del Putumayo
Ciudad: San Miguel
2. RESUMEN
Seminario investigación 1-2013
Actualmente la contaminación ambiental que generan las empresas minero - energético es abrumador, dado que los químicos utilizados para realizar los diferentes procesos de síntesis de sustancias como es el caso de la extracción de oro, en el que se utiliza cianuro y mercurio; este no es tratado con el debido cuidado, y es arrojado a las fuentes de agua contaminado todo el sistema acuático, lo mismo pasa con la industria petrolera; Según la Compañía Colombiana de Petróleos, ECOPETROL, durante los últimos quince años el oleoducto Caño Limón Coveñas ha sufrido más de novecientos atentados terroristas, hechos que han conducido al derramamiento de más de 450 millones de litros de petróleo en el medio ambiente, sumado a esto el resto del país con la misma situación.
El impacto ambiental por los derrames de crudo, ha dejado más de 2.600 kilómetros entre ríos y quebradas, y alrededor de 1.600 hectáreas de ciénagas afectadas. Sólo en 1998, subversivos del ELN ocasionaron el más grande derrame de crudo en aguas continentales del mundo, con un volumen superior a los 14’787.000 litros de petróleo, tragedia comparable con el accidente del buque petrolero Exxon Valdez, que vertió en las aguas de Alaska 42 millones de litros del crudo el 24 de marzo de 1989.
Dadas estas circunstancias los daños a las fuentes hídricas, suelos, aire, fauna y vegetación son prácticamente irremediables, pues los procesos de descontaminación no alcanzan a cubrir todas las áreas afectadas y se realizan mucho tiempo después de que el crudo ha penetrado el ecosistema.
En el presente trabajo se hará énfasis a la mitigación de la contaminación ambiental a través de la biorremediación como alternativa para devolver la salud del suelo y la vida a las fuentes de agua; componentes más afectados por la acción humana en la industria minera y de hidrocarburos.
Se define la biorremediación como la utilización de seres vivos para solucionar problemas ambientales, tales como el suelo o agua subterránea contaminados. En un ambiente no contaminado, las bacterias, los hongos, los protistas, y otros microorganismos heterotróficos degradan constantemente la materia orgánica disponible, para obtener energía. Cuando un agente contaminante orgánico, combustible, petróleo u otro es accidentalmente liberado en un ambiente dado, algunos de los microorganismos indígenas morirán, mientras que sobrevivirían algunos otros capaces de degradar estos compuestos orgánicos. La biorremediación trabaja proveyendo a estos organismos de nutrientes, oxígeno, y otras condiciones que favorezcan su rápido crecimiento y reproducción. Estos organismos entonces podrán degradar el agente contaminante orgánico a una velocidad mayor, proporcionando una técnica para limpiar la contaminación, realzando los mismos procesos de biodegradación que ocurren naturalmente en el medio ambiente. Dependiendo del sitio y de sus contaminantes, la biorremediación puede ser más segura y menos costosa que soluciones alternativas tales como la incineración o el enterramiento de los materiales contaminados.
DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO
3.1 Planteamiento de la pregunta o problema de investigación
¿Cómo mitigar la contaminación ambiental que emiten las empresas minero
– energéticas en Colombia por medio de la Biorremediación?
JUSTIFICACION
El deterioro de la naturaleza se ha venido incrementando debido al acelerado
crecimiento de las ciudades, a la explotación indiscriminada y manejo insostenible
de los recursos naturales. Cuando empezó la entrada descontrolada y masiva de
productos químicos e industriales al sistema natural, genero un colapso en sus
dinámicas que sobre pasan su capacidad de autodepuración y resiliencia.
Las actividades industriales generan una contaminación a gran escala con metales
pesados (Cu, Zn, Pb, Cd, Cr, Ni, Hg, Co, Ag, Au, As, U) en el medio ambiente. En
el caso particular de los suelos afectan la fertilidad y/o uso posterior de los
mismos, mientras que en el caso de los acuíferos y aguas superficiales pueden
comprometer seriamente el uso de este recurso como fuente de agua para el
consumo humano.
La remediación de estos ambientes contaminados mediante la utilización de
métodos químicos involucra procesos de altos costos debido a la especificidad
requerida. En cambio con la utilización de métodos microbiológicos para remediar
un ambiente contaminado (biorremediación) ofrece una alta especificidad en la
remoción del metal de interés con flexibilidad operacional.
El ecosistema sin intervención humana, tiene sus propias dinámicas y flujos de
energía que le permiten estar en permanente realimentación con todos los seres y
elementos que la constituyen y que posibilitan que, pese a que muta y se
transforma en un eterno proceso evolutivo, siempre garantiza que la vida sea
posible. Debemos entender el medio ambiente como un concepto que nos engloba
a los seres humanos, y que implica una relación con nuestro entorno, con el cual
mantenemos tantas y tan complejas interacciones que es imposible, aunque
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queramos, “independizarnos” de él, los seres humanos para crear, transformar y
mejorar el entorno construido necesitamos de recursos y energía que tomamos de
ella; a veces sin dimensionar las consecuencias de la extracción de estos insumos
sobre el ambiente natural.
Los impactos generados al entorno natural a partir de la creación del ambiente
construido generan contaminación y son los causantes del rompimiento del
equilibrio ecosistémico de la tierra.
La problemática ambiental ocasionada por el derrame de petróleo, sustancias
química utilizadas en la industria minera y en general todos los desechos tóxicos
que a diario se vierten a través del suelo y el agua; están generando
contaminación en el planeta. Teniendo en cuenta que las empresas minero -
energéticas, realizan prácticas como la quema, oxidación y entierro de los
residuos químicos provenientes de los procesos u ocasionado por atentados
terroristas para el caso del petróleo; estas prácticas no satisfacen la
descontaminación y limpieza del área implicada, es por eso que exponemos esta
investigación como fuente de información para que en el futuro se utilicen
microorganismos capaces de degradar metales pesados e hidrocarburos, a través
del proceso de la biorremediación.
MARCO TEÓRICO
La biorremediación: la biorremediación es el proceso utilizado por el hombre
para detoxificar variados contaminantes en los diferentes ambientes –mares,
estuarios, lagos, ríos y suelos– usando de forma estratégica microorganismos,
plantas o enzimas de estos. Esta técnica es utilizada para disminuir la
contaminación por los hidrocarburos de petróleo y sus derivados, metales pesados
e insecticidas; además se usa para el tratamiento de aguas domésticas e
industriales, aguas procesadas y de consumo humano, aire y gases de desecho.
Diversidad microbiana en ambientes contaminados: los suelos contaminados
contienen gran cantidad de microorganismos que pueden incluir un número de
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bacterias y hongos capaces de utilizar hidrocarburos, que representan un uno por
ciento (1%) de la población total de aproximadamente 104 a 10 células por gramo
de suelo.
También, se han encontrado cianobacterias y algas capaces de degradar
hidrocarburos. Los suelos contaminados con hidrocarburos contienen más
microorganismos que los suelos no contaminados, pero su diversidad microbiana
es más reducida.
Las técnicas de biorremediación: En un ambiente no contaminado, las
bacterias, los hongos, los protistas, y otros microorganismos heterotróficos
degradan constantemente la materia orgánica disponible, para obtener energía.
Cuando un agente contaminante orgánico, combustible, petróleo u otro es
accidentalmente liberado en un ambiente dado, algunos de los microorganismos
indígenas morirán, mientras que sobrevivirían algunos otros capaces de degradar
estos compuestos orgánicos. La biorremediación trabaja proveyendo a estos
organismos de nutrientes, oxígeno, y otras condiciones que favorezcan su rápido
crecimiento y reproducción. Estos organismos entonces podrán degradar el
agente contaminante orgánico a una velocidad mayor, proporcionando una técnica
para limpiar la contaminación, realzando los mismos procesos de biodegradación
que ocurren naturalmente en el medio ambiente. Dependiendo del sitio y de sus
contaminantes, la biorremediación puede ser más segura y menos costosa que
soluciones alternativas tales como la incineración o el enterramiento de los
materiales contaminados.
El uso de microorganismos por el hombre, para los más diversos fines y objetivos,
se remonta a tiempos antiguos (Madigan etal., 2003). Productos fermentados
como el yogurt, quesos, kéfir, salsa de soja, cerveza, vino y cientos de otros
productos han sido preparados con la ayuda de bacterias y hongos, aún en el
completo desconocimiento de su existencia. Algo más modernamente, los
arquitectos romanos diseñaron y utilizaron durante siglos intrincados sistemas
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para recoger el agua residual: sabemos que 600 años antes de Cristo ya los
romanos utilizaban estos sistemas que podríamos llamar “cloacales”, si el lector
disculpa el anacronismo. Los historiadores actuales suponen que los romanos
sabían que la depuración de las aguas servidas dependía directamente de su
tiempo de retención en el sistema de canales y lagunas. Hoy en día los
microorganismos continúan utilizándose en la elaboración de una gran variedad de
alimentos, a lo cual debe agregarse el uso en la producción de antibióticos,
vacunas, productos químicos (ácido cítrico, ácido láctico, diversos aminoácidos,
plásticos, y otros (Madigan et al., 2003). Los sistemas de depuración de aguas
actuales comparten los principios de funcionamiento utilizados por sus antiguos
predecesores romanos. Los sistemas de depuración basados en lagunas de lodos
activados (barros cargados de microorganismos) provocan la disminución de la
carga orgánica (originada en los efluentes de complejos industriales y de
municipios) mediante la degradación microbiana. Estos procesos además reducen
la carga tóxica presente en los efluentes (Atlas y Bartha, 1998; Henry y Heinke,
1997). A escala domiciliaria los pozos ciegos y cámaras sépticas cumplen una
tarea similar, aunque generalmente en ambiente anaeróbico, por lo cual son
menos eficientes que los anteriormente mencionados (depende esto último,
naturalmente, del criterio de eficiencia elegido). Biorremediación puede definirse
como la respuesta biológica al abuso ambiental (Levin y Gealt, 1997). Esta
definición permite distinguir entre el uso de microorganismos para recuperar áreas
contaminadas y para tratamientos de residuos tanto industriales como
domiciliarios (Madigan et al., 2003; Eweis et al., 1999; Nemerov y Dasgupta,
1998).
Es necesario establecer previamente cuáles son los niveles de contaminación que
pueden ser admitidos en un ecosistema sin que por ello se provoquen daños a los
seres vivos que viven en él (Moreno, 2003; Collie y Donnely, 1997). En este
sentido debe tenerse en cuenta el destino del área que desea descontaminarse.
Por ejemplo, en el caso de un ecosistema acuático, deberá definirse cuáles serán
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los usos que tendrán esas aguas: pueden ser destinadas a producir agua potable,
para usos de recreación (balnearios), empleadas en agricultura o ganadería, como
reserva biológica u otros usos. El objetivo de la biorremediación es eliminar, o al
menos disminuir la concentración de sustancias potencialmente tóxicas,
dispersadas accidentalmente o no en suelos y/o cuerpos de agua superficial o
subterránea, utilizando como parte fundamental del proceso a los
microorganismos (Alexander, 1994).
Los microorganismos utilizados en biorremediación son generalmente no-
fotosintéticos; ecológicamente ocupan el nivel trófico (de alimentación)
denominado de los descomponedores, en el que los hongos y bacterias son
componentes principales.
Estos organismos están presentes en prácticamente todos los lugares del planeta,
inclusive a profundidades y temperaturas que se creía libres de ellos, como los
pozos petrolíferos profundos (Atlas y Bartha, 1998;).
¿Cómo Obtienen Energía los Microorganismos?
Hay diversas formas por las cuales los organismos son capaces de producir la
energía necesaria para su crecimiento y reproducción (White, 1995):
1. Fotosíntesis
2. Oxidación de compuestos inorgánicos
3. Oxidación de compuestos orgánicos
En esta investigación nos referiremos específicamente a la tercera categoría,
formada por organismos heterotróficos, capaces de degradar materia orgánica y
tóxicos orgánicos. Los caminos metabólicos que pueden emplear los
microorganismos presentes en esta categoría se pueden clasificar en tres grupos;
el primero de ellos depende del oxígeno (aeróbico) como aceptor final de
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electrones, mientras que los otros dos se realizan en ausencia de oxígeno
(anaeróbico).
La acción de los microorganismos anaeróbicos es más lenta, pero en
contrapartida son capaces de degradar compuestos más tóxicos o con escasos
lugares atacables enzimáticamente en sus moléculas, como los hidrocarburos
aromáticos policíclicos, solventes clorados y pesticidas. Este grupo de organismos
goza de “mala prensa” debido a que están asociados a la producción de olores
nauseabundos y gases inflamables, y también debido a que muchos de ellos son
patógenos. El más simple sistema anaeróbico es el de los digestores, que utilizan
un tanque mezclador que puede operar de modo continuo o discontinuo; como
subproducto de su operación puede obtenerse metano.
Respiración aeróbica. Este es el proceso más eficiente de los tres (en cuanto a
la producción de energía o ATP), por lo que es el elegido por los microorganismos
siempre que esté presente el oxígeno (que es el aceptor final de los electrones) y,
por supuesto, que tenga la maquinaria enzimática para realizar el proceso
Pudiendo ser utilizados como substratos, compuestos orgánicos como azúcares,
proteínas, lípidos e inclusive petróleo.
Estos organismos son utilizados en las plantas de tratamiento de aguas cloacales
e industriales. Su función básicamente se lleva a cabo poniendo en contacto las
aguas residuales con una población microbiana aclimatada, y controlando
cuidadosamente las condiciones ambientales (nutrientes, concentración de gases,
concentración de tóxicos, etc.). Los organismos aeróbicos degradan la materia
orgánica más rápidamente y eficientemente que los anaeróbicos, por lo que
generalmente son los utilizados en los procesos de depuración de aguas, o lodos.
En una planta estándar de tratamiento, la biomasa está suspendida en flóculos o
grumos. Es fundamental mantener elevada la concentración de oxígeno disuelto y
se monitorean los nutrientes y la DBO, a la entrada y a la salida de la planta.
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Normalmente la entrada de aguas residuales al sistema debe ser más o menos
constante. Se denomina DBO (demanda bioquímica de oxígeno) a la cantidad de
oxígeno necesaria para que los microorganismos presentes en una muestra de
agua oxiden la materia orgánica, y es un indicador de contaminación por materia
orgánica, debido a vertidos cloacales, industrias u otras fuentes ((Atlas y Bartha,
1998; Henry y Heinke, 1997).
Respiración anaeróbica. Es similar a la respiración aeróbica, con la diferencia de
que el último aceptor de los electrones no es el oxígeno (sino nitratos, sulfatos,
hidrógeno, etc.). Normalmente estos organismos son anaerobios estrictos, o sea
que sólo pueden crecer en ausencia total de oxígeno (el oxígeno es tóxico para
ellos). Es un grupo pequeño (pocas especies) de organismos, formado sólo por
bacterias. Importantes representantes son las bacterias metanogénicas y las
bacterias sulfatorreductoras.
Fermentación: Algunos organismos obtienen energía de la degradación de
compuestos orgánicos, degradándolos sólo parcialmente. Tanto el donante como
el aceptor de los electrones es una molécula orgánica. Dependiendo de los
organismos involucrados, tanto los productos como los substratos utilizados
pueden ser muy variables.
Se entiende por biorremediación in situ a aquellos procesos que utilizan
microorganismos para degradar sustancias peligrosas en el suelo y agua con
mínima alteración de la estructura del suelo. Usualmente el objetivo es realizarlo
en forma aeróbica (Leahy y Colwell, 1990)
CIANURO: se caracteriza por la presencia de la unidad química formada por el
enlace carbono – nitrógeno. Es potencialmente letal ya que actúa rápidamente
sobre el sistema respiratorio. Se presenta como cianuro de hidrogeno (HCN),
cianuro de sodio (NaCN) o cianuro de potasio (KCN). Se utiliza ampliamente en
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industria química debido a su composición y a la facilidad de reacción con otras
sustancias. Alrededor del 80% del cianuro producido en el mundo se emplea en la
elaboración de químicos orgánicos, de goma sintética y en fotografía entre otros.
El cianuro de hidrogeno se utiliza ampliamente para exterminar roedores y en la
práctica hortícola para controlar las plagas de insectos que han desarrollado
resistencia a otros pesticidas. Además, el cianuro se utiliza en algunos productos
farmacéuticos empleados para combatir el cáncer, reducir la presión arterial y en
vendas quirúrgicas que promueven la cicatrización y reducen cicatrices. Desde el
siglo XIX, el cianuro de sodio es empleado en operaciones auríferas para la
disolución o lixiviación de oro. La lixiviación del oro empleando cianuro consiste
en triturar el mineral, colocar sobre arcilla o polietileno y bañarlo con una solución
de cianuro, la cual, al infiltrarse a través del mineral, solubiliza el oro. En el
proceso, el cianuro forma complejos metálicos con el oro, según la reacción.
El cianuro puede ser metabolizado por organismos tales como hongos y bacterias
que lo emplean como fuente de carbono y nitrógeno. Por ejemplo Bacillus
ipeeaterium transforma cianuro de potasio en acido aspártico, asparagina y el
dióxido de carbono libre o unido al cianuro en carbonato y amoniaco,
Pseudomonas pseudoalcaligenes CECT534, bajo condiciones alcalinas,
consumen el cianuro y lo transforman en amoniaco y Fusarium solani IHEM 8026
degrada el cianuro de potasio e ácido fórmico.
En mamíferos, el cianuro es un inhibidor enzimático que bloquea la producción de
ATP induciendo a la hipoxia celular. La ingestión de 200 mg de cianuro de potasio
o de sodio puede ser letal y su acción es rápida.
La biorremediación es una alternativa efectiva y de bajo costo que busca
solucionar problemas ambientales. En el caso de la minería a cielo abierto para
extracción de oro es la generación de subproductos de cianuro, porque ésta
sustancia es esencial para separar el oro del resto de minerales en el momento de
la extracción, generando con ello daños en el suelo, la atmosfera, el agua y una
problemática de salud pública.
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Bacterias utilizadas en la biorremediación:
AchromobacterActinomycesAlcaligenesBacillusCoryneformsErwiniaFlavobacteriumLactobacillusNocardiaPectococcusPseudomonasSarcinaSpirillumStreptomycesVibrioXanthomyces
Hongos utilizados en la biorremediación
AspergillusBitrytisCandidaCladosporiumFusariumHansenulaOidiodendrumPeniciliumPaecylomycesSaccharomycesRhodotorulaTorulopsisTrichodermaSaccharomycopsisRhodosporidium
Futuro de las Técnicas de Biorremediación
Las aplicaciones más importantes de la biorremediación han sido aquellas que
modifican el ambiente para estimular la actividad de los organismos que allí se
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encuentran. El empleo de cultivos de microorganismos (muchas compañías
venden preparados de éstos, ya sea como esporas, liofilizados u otros formulados,
para favorecer la degradación de distintos contaminantes) parece no producir
ninguna ayuda o ventaja en el proceso.
El uso de microorganismos mejorados genéticamente, que pueden ser protegidos
bajo patente, puede optimizar algunos procesos de degradación de moléculas
especialmente resistentes (como los PAHs o compuestos muy clorados), pero
debido a que las legislaciones aún no establecen el procedimiento a seguir o bien
prohíben la liberación masiva de microorganismos recombinantes al medio
ambiente, las compañías no han desarrollado estrategias para su uso en
biorremediación in situ (Ensley y Zylstra, 1997).
Comparada con los métodos físicos de limpieza, la biorremediación es más
económica y causa menos perturbación en el medio ambiente, como se demostró
en una de las más exitosas aplicaciones de la técnica, el tratamiento de la línea de
costa afectada por el derrame de crudo del Exxon Valdez, basada en la acción de
microorganismos indígenas y modificaciones ambientales de gran sencillez, como
la aplicación de nutrientes y la aireación (Swannel y McDonagh, 1996).
Pero como era de esperar, las técnicas de biorremediación son una buena
estrategia de limpieza para ciertos tipos de contaminación, como la producida por
el petróleo y otros compuestos orgánicos no demasiado tóxicos. Cuando existe
una acumulación de sustancias toxicas o no biodegradables la biorremediación no
funciona, ya que la colonización y crecimiento de los microorganismos se
encuentra inhibida. Ejemplos de estos últimos son metales pesados, como el
cadmio, mercurio o plomo.
Dependiendo del lugar contaminado, sus características climáticas, físico-químicas
y ecológicas, así como de la composición y concentración de los contaminantes, la
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biorremediación puede ser una opción más segura y de menor costo que otras
soluciones alternativas, como la incineración o el enterramiento de los materiales
contaminados. Además tiene la ventaja de que la contaminación es tratada en el
lugar donde se encuentra (in situ), por lo que se evitan grandes movimientos de
suelos o sedimentos hacia el lugar donde estos puedan ser tratados para la
remoción del agente contaminante, o bien hacia su lugar de disposición final como
residuos peligrosos.
El modelado matemático es una herramienta de gran ayuda para la predicción de
los procesos de biorremediación (Rittmann y Sáez, 1997). Existe en la actualidad
una gran variedad de software, tanto de libre distribución como comerciales. Cabe
mencionar entre los programas de libre distribución a Bioplume III y Bioscreen v.
1.4, que han demostrado su valor en muchas situaciones en las que los procesos
de biorremediación han sido utilizados. Otro aspecto sumamente importante a
desarrollar en el futuro próximo es el uso de reacciones fotoquímicas para la
eliminación de contaminantes (Oller do Nascimento, 2004; Núñez et al., 2004).
3.2 OBJETIVO GENERAL: investigar la biorremediación como alternativa de
solución a la contaminación ambiental generada por las empresas minero –
energética en Colombia para determinar y formular una teoría que permita a la
industria utilizar los microorganismos para la degradación de sustancias que
afectan el entorno y puedan tomar medidas necesarias que ayuden a
minimizar los impactos que están generando al medio.
Objetivos específicos:
Obtener información bibliográfica de fuentes confiables acerca de la
biorremediación como solución a la contaminación ambiental.
Determinar las clases de microorganismos que utiliza la
biorremediación en la descontaminación del medio ambiente.
Clasificar los elementos y sustancias utilizados en las empresas minero
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– energéticas para la síntesis y obtención de productos y que causan
daño al medio ambiente.
Emitir un concepto de que el mejor método para recuperar los suelos, el
agua y el entorno en general, es a través de la utilización de
microorganismos y no el uso de otros métodos como la incineración y
entierro de las sustancias contaminantes.
3.3 Metodología:
Características de la investigación:
Tipo de investigación: esta propuesta de investigación se encamino a rescatar el
tema de biorremediación como solución a la contaminación ambiental en especial
suelo y agua, causados por el derrame de sustancias provenientes de residuos de
procesos en las empresas mineras y por el derrame de hidrocarburos, el cual no
se le ha dado la importancia requerida para su estudio y su posterior utilización en
las empresas de minería y de petróleos, por tal motivo es necesario investigar y
formular una propuesta para ponerla al servicio de quienes consideren pertinente
poner en práctica los conocimientos; para que contribuyan al mejoramiento del
medio ambiente y utilicen de manera racional los recursos naturales que serán la
fuente de sustento para las futuras generaciones.
Por lo anterior, el tipo de investigación que se hizo necesario implementar, fue
investigación formativa; desde la visión de la misión universitaria de generar
conocimiento descriptivo, explicativo y predictivo, y conocimiento sobre la
aplicación de conocimiento (conocimiento tecnológico), básico, que busca dejar un
documento que sirva a la industria para que obtén por la utilización de
microorganismos capaces biodegradar y descontaminar sustancias orgánicas y
metales pesados con el fin de contribuir al mejoramiento y conservación del medio
ambiente. La investigación formativa es inherente a los currículos y explícita en
dos perspectivas: formación del espíritu investigativo en tanto el estudiante accede
a los conocimientos de los elementos teóricos, métodos y técnicas de
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investigación propias de su disciplina a la vez que los aplica en el reconocimiento
y transformación de su entorno.
Programa de Investigación: esta investigación basada en el programa de:
ciencia, tecnología e innovación en ambiente, biodiversidad y hábitat. El programa
se apoya en los siguientes principios y lineamientos: Reconocimiento del
desarrollo sostenible como un equilibrio en sus tres pilares básicos: la protección
ambiental, el bienestar social y humano y el progreso económico. Reconocimiento
del carácter holístico de los fenómenos y problemáticas ambientales, en los que
intervienen consideraciones físicas, ecológicas, sociales y culturales, y por ende,
el fomento de la transdisciplinariedad.
Tipo de enfoque: para esta investigación el enfoque pertinente fue el crítico
social, debido a que las consecuencias de la contaminación ambiental afectan a la
sociedad en general, se pretende concientizar sobre la importancia de los
microorganismos en la biorremediación de sustancias orgánicas productos de los
diferentes procesos de extracción minera y de petróleo, que a la vez causan crítica
en la sociedad sobre el manejo que actualmente se le está dando a esta situación,
que cada día se convierte en un problema sin remedio.
Tipo de estudio:
Descriptivo – explicativo: esta investigación se plantea descriptiva porque busca
caracterizar los conocimientos que se tiene acerca de la biorremediación como
solución a la descontaminación del medio ambiente causado por el derrame ya
sea por malos manejos de residuos, accidental u ocasionado por atentados
terrorista por los grupos al margen de la ley. Explicativo porque a través del
análisis de las diferentes documentos y fuentes bibliográficas, fue posible
desarrollar y organizar esta propuesta de investigación encaminada a la
comprensión y explicación de la biorremediación como solución a la
descontaminación ambiental.
Técnicas o instrumentos para recolectar la información:
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Elaboración de un plan de trabajo: para esta investigación fue necesario
organizar un plan de trabajo que sirva como guía para llevar a cabo las actividades
y cumplir a cabalidad los objetivos planteados.
Revisión bibliográfica: realizar consultas en internet de documentos, revistas y
trabajos de investigaciones acerca del tema que se está trabajando.
Clasificación y selección de la información: se revisó la información consultada
y luego se clasifico y selecciono la más pertinente y la que mejor se relacionó con
el tema de estudio.
Intercambio de información: cada integrante del grupo realizo intercambio de
información a través de la participación en el foro con aportes relacionados con el
tema.
Análisis de la información: se dio lectura a los documentos clasificados como
fuente principal para la investigación; luego se seleccionó la información más
importante que ayudaran a alcanzar los objetivos específicos propuestos en esta
investigación.
Síntesis de información: luego de analizar y clasificar la información pertinente
se sintetizo los más importante que ayudara a cumplir con los objetivos
propuestos.
Organización y redacción del documento: con la información analizada y
sintetizada se procedió a organizar y redactar el documento de la investigación.
Herramientas de trabajo: para esta investigación se utilizó 200 horas de internet
y 4 computadores. Con el internet se realizó la consulta de la información para la
investigación y con los computadores se sistematizo la información sintetizada y
pertinente al tema investigado.
3.4 Cronograma de Actividades:
ACTIVIDAD
Cronograma de Actividades Semanal Proyecto:
MES 1 MES 2 MES 3 MES 4 MES 5 MES 6
1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
Definición del tema
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Elaboración de un plan de
trabajo
Revisión bibliográfica
Clasificación y selección de
la información
Enriquecimiento de la
información mediante
intercambio de aportes
con el grupo.
Análisis de la información
Síntesis de la información
Organización y redacción
del documento
Presentación de informe
final
3.5 Bibliografía:
Alexander, M. 1994. Biodegradation and Bioremediation. Academic Press, San Diego, California.
Atlas, R. M. y Bartha, R. 1998. Microbial Ecology. Fundamentals and applications. Editorial Benjamin / Cummings Publishing Company, Inc., Menlo Park, California, U.S.A
Collie, S.L. y Donnely, K.C. 1997. Measurement of mutagenic activity in contaminated soils. En: Sheehan D Editor. Bioremediation Protocols. Humana Press Inc., Totowa, New Jersey, Pags. 127 – 151.
Eweis, J.B., Ergas, S. J., Chang, D.P.Y. y Schroeder, E.D. 1999. Principios de Biorrecuperación. McGraw Hill / Interamericana, Madrid, España.
Ensley, B.D. y Zylstra, G.J. 1997. Principios y prácticas de Biotratamiento utilizando microorganismos modificados. En: Levin, M.A., Gealt, M.A. (Eds). Biotratamiento de Residuos Tóxicos y Peligrosos. McGraw Hill / Interamericana, Madrid, España. Pags. 41 – 66.
Seminario investigación 1-2013
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4 RESULTADOS / PRODUCTOS ESPERADOS Y POTENCIALES
BENEFICIARIOS
Se realizaran investigaciones de biorremediacion para dar un concepto positivo a
los entes relacionados con este tema, como la CAR, alcaldías, ministerios de
medio Ambiente, de energías de Educación, Universidades con facultades de
ECAPMA y comunidad en general
4.1 Relacionados con la generación de conocimiento y/o nuevos desarrollos
tecnológicos:
El estudio de los procesos de biorremediacion tiene un gran interés, y no sólo por
las ventajas que posee la restauración de un ecosistema. Las bacterias
responsables de la biorremediación, los procesos bioquímicos que llevan a las
reacciones de degradación, así como los genes que codifican las enzimas
responsables de estos procesos se están analizando tanto para un conocimiento
desde un punto de vista básico como aplicado. Conocer las proteínas
responsables de estos procesos, así como los genes que codifican éstas, como
han evolucionado y se han dispersado en los diferentes ecosistemas, permite
conocer mejor la evolución ligada a procesos geoquímicos de nuestro planeta.
Degradación enzimática
Este tipo de degradación consiste en el empleo de enzimas en el sitio contaminado con el fin de degradar las sustancias nocivas. Estas enzimas se obtienen en cantidades industriales por bacterias que las producen naturalmente, o por bacterias modificadas genéticamente que son comercializadas por las empresas biotecnológicas.
Remediación microbiana
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En este tipo de remediación se usan microrganismos directamente en el foco de la contaminación. Los microrganismos utilizados en biorremediación pueden ser los ya existentes (autóctonos) en el sitio contaminado o pueden provenir de otros ecosistemas, en cuyo caso deben ser agregados o inoculados.
TABLA No 4.1 GENERACION DE NUEVOS CONOCIMIENTOSResultado/Producto esperado Indicador Beneficiario
Identificaran las nuevas opciones
de descontaminación con el
trabajo de la biorremediacion para
utilizarlo en áreas afectadas por
biocombustibles.
Por medio de prácticas
en laboratorio
determinar de forma
precisa las bacterias
que son benéficas y
controlan la actividad
del combustible.
Con prácticas en el
laboratorio identificar
los hongos que
pueden ser utilizados
en el proceso de
biorremediacion.
Entidades competentes a
nivel Nacional e
internacional.
4.2 Conducentes al fortalecimiento de la capacidad científica nacional:
Muchos grupos de investigación están desarrollando en el laboratorio, plantas y microrganismos genéticamente modificados para ser mejores agentes de biorremediación, es decir que degraden mejor o más eficientemente a los agentes contaminantes. Por ejemplo, se puede utilizar material genético de bacterias resistentes a metales para insertarlo en el genoma de una planta que, entonces, adquiriría esta nueva característica. Un grupo de investigación utilizó un gen
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llamado merA, que codifica para la enzima reductasa del ion mercúrico, altamente tóxico, que cataliza su reducción hasta la forma volátil y poco tóxica de mercurio elemental, gaseoso en condiciones de temperatura no muy elevadas. Estos investigadores, consiguieron la transferencia del gen bacteriano merA a cultivos de Liriodendro tulipifera (álamo amarillo). El gen se expresó adecuadamente en ese material vegetal, de modo que las plántulas regeneradas germinaron y crecieron vigorosamente en los medios de cultivo, que contenían niveles de iones mercurio que son normalmente tóxicos, siendo capaces de captarlo en su forma iónica y de reducirlo en el interior de la planta, tras lo cual era liberado en la forma gaseosa no tóxica. Esta investigación ha abierto el camino para que en el futuro sea posible realizar plantaciones arbóreas transgénicas que, mediante este proceso de fitovolatilización u otros parecidos, sean capaces de descontaminar terrenos con altos niveles de contaminantes.
Se están perfeccionando nuevos métodos de biotecnología para el tratamiento del
agua, que eliminarán los compuestos que contengan fósforo, nitrógeno y azufre.
Este bioprocesamiento se está extendiendo a varios procesos industriales, entre
ellos los de las industrias petroquímicas, químicas y mineras, con el uso de
bacterias oxidantes.
La biorremediación mediante bacterias ofrece grandes posibilidades de limpiar y
descontaminar sistemas complejos y gracias a sus ventajas económicas y
ambientales será una de las tecnologías más desarrolladas durante este siglo. Se
están utilizando cepas especializadas de microorganismos de alta actividad para
tratar agentes contaminantes en diferentes sectores, como las industrias que
utilizan catalizadores, las textiles, las curtiembres, el procesamiento de celulosa y
almidón, la galvanoplastia, la minería, el desengrasado y recubrimiento de
superficies y la impresión.
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Tabla 4.2 Fortalecimiento de la comunidad científica
Resultado/Producto esperado Indicador Beneficiario
Profundizar los temas
relacionados con la
biorremediacion resaltando la
importancia y satisfacción de
esta practica en campos
afectados.
Dentro de la
información divulgada
exponer las prácticas
de campo realizadas
por los entes
encargados de la
explotación de
combustible.
Se realizaran talleres
donde se explique los
diferentes métodos de
la aplicación de
biorremediacion al
área afectada.
Entes y personal directa e
indirectamente
relacionados con las áreas
afectadas.
4.3 Dirigidos a la apropiación social del conocimiento
En los materiales diseñados para la información a nivel primaria secundaria y
profesional deberán ir talleres para desarrollar en grupos donde se plasme las
consecuencias de la contaminación y los beneficios que traen la formulación y
aplicación de la biorremediacion en áreas afectadas.
Tabla 4.3 Apropiación social del conocimiento
Resultado/Producto esperado Indicador Beneficiario
Seminario investigación 1-2013
Se encontra el material
necesario donde se evidencie de
forma clara las diferentes
actividades, las cuales se
puedan divulgar en todos los
sectores que tengan relación
directa e indirecta con el entorno
del medio ambiente.
Se analizaran todas
las fuentes de manera
audio visuales y se
desarrollaran las
actividades propuestas
de manera práctico
teórica en las
instituciones y sitios
aptos de visualizar los
efectos y resultados de
la aplicación de la
biorremediacion.
Escuelas, colegios,
Universidades e
instituciones que manejen
las explotaciones de las
minerías y comunidad en
general.
La CAR y demás entidades
identificaran los sitios o áreas
afectadas junto con personal
capacitado donde incluya
material y equipos científicos.
Se le informara a la
comunidad
relacionada para una
convocatoria donde se
ejecutaran los planes
de biorremediacion.
Comunidad en general
4.4 Impactos esperados a partir del uso de los resultados:
Las entidades encargadas de divulgar la información tendrán el material disponible
y lo mas completo posible en cuanto a consultas y consecuencias y resultados que
puedan surgir durante el tiempo transcurrido, al surgir el tiempo la comunidad
involucrada encontrara la forma de investigar las dudas que acontecerán a través
del estudio y de acuerdo a lo recopilado se procederá de forma confiable y eficaz a
realizar las formulas indicadas para la utilización de la BIORREMEDIACION, en la
contaminación de combustibles.
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Tabla 4.4 Impactos esperados:
Impacto
esperado
Plazo (años) después de
finalizado el proyecto: corto
(1-4 ), mediano (5-9), largo
(10 o más)
Indicador
verificableSupuestos*
Material con
información
completa
En un plazo de 1 a 2 años Se adquirirá la
información
necesaria que
concluya y
satisfaga las
necesidades
que tiene cada
persona y
entidad.
Se deben
expandir los
conocimientos en
todas las
instituciones en
general ya que es
un derecho y un
deber de estar en
relación con
nuestro entorno.
Trabajo practico
teórica
En 1 a 2 años Serán clases
dirigidas en
campo
recibiendo una
información
teórica y
practica en los
sitios
perjudicados
Se deben de
mostrar las
probas de las
posibles
contaminaciones
y los efectos
causados.
Aplicación de las
biorremediacion
es
En 2 años La comunidad
en general
debe estar
informada total
Debe existir un
monitoreo
constante de
expertos en la
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mente de las
soluciones y
pasos a seguir
en cuanto se
presente el
problema y
aplicar los
diferentes tipos
de
biorremediacio
n de los cuales
empezaran su
efecto.
aplicación de
estas practicas
para que los
trabajos
realizados sean
un éxito.
5 PRESUPUESTO
El presupuesto debe presentarse en forma global y desglosada en las 10 tablas
anexas, las cuales dan cuenta del presupuesto total (Tabla 5.1), personal (tabla
5.2), equipos (Tablas 5.3 y 5.5), software (Tabla 5.4), viajes (Tabla 5.6), salidas de
campo (Tabla 5.7), materiales(Tabla 5.8), bibliografía (Tabla 5.9) y servicios
técnicos (tabla 5.10). Para mayor claridad debe suministrarse una explicación o
justificación de los gastos propuestos ya sea en la columna de la tabla respectiva
o, de requerirse más espacio, a continuación de cada tabla.
Para la preparación y presentación del presupuesto se deben tener en cuenta las
siguientes indicaciones:
Fuentes de financiación: Las contrapartidas, provenientes de otras Seminario investigación 1-2013
instituciones que participan en el proyecto, deben sumar como mínimo el 40%
del costo total del proyecto. Se entiende como contrapartida todos los aportes
que dedican otras entidades para apoyar el desarrollo del proyecto. El objetivo
de esta exigencia de contrapartida es comprometer a la institución solicitante
con el buen desarrollo de la investigación, asegurando la continuidad y
estabilidad del grupo investigador.
Rubros financiables con recursos UNAD: Con cargo a recursos de la UNAD
se podrán financiar solamente los siguientes rubros:
Personal: Se refiere a profesionales investigadores y/o profesionales expertos
nacionales e internacionales definidos como participantes en el proyecto y
operarios o técnicos requeridos en el mismo. Para el cálculo de los recursos a
solicitar en este rubro se debe tomar como base la escala salarial de la
institución y el tiempo real dedicado por la persona al proyecto, el cual no podrá
ser inferior a cinco horas semanales (tanto para personal financiado por UNAD
como por la contrapartida.
Equipos: La financiación para compra de equipos nuevos deberá estar
sustentada en la estricta necesidad de los mismos para el desarrollo de la
investigación. Es importante que los investigadores verifiquen si el equipo que
necesitan ya existe en otra dependencia de su universidad o centro, o en otra
institución, de la cual pudiese solicitarse en préstamo, arrendamiento o la
prestación de servicios técnicos.
Viajes:
Se refiere a viajes relacionados con actividades del proyecto diferentes de
salidas de campo y que son estrictamente necesarios para la ejecución exitosa
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del proyecto. Por ejemplo, contacto con otros investigadores o instituciones que
no se puedan realizar a través de las TIC´S (Tabla 5.6)
Salidas de campo:
Se aplica a gastos de medios de transporte para el traslado a zonas de
muestreo y ejecución de las labores de campo propias de la investigación. Se
refiere principalmente a costos de combustible, aceite o alquiler de medios de
transporte cuando se requiere.
5.7 Materiales, insumos y servicios técnicos:
Corresponden a aquellos necesarios para el desarrollo de la investigación o de
la tecnología y deben presentarse a manera de listado detallado agrupado por
categorías sobre las cuales se debe hacer una justificación de su necesidad y
uso dentro del proyecto. El tipo de servicios técnicos (exámenes, pruebas,
análisis o servicios especializados) para los cuales se solicitan recursos debe
desglosarse en las Tablas 5.8 y 5.10 anotando el costo estimado para cada
uno de ellos y las tres cotizaciones de rigor.
Publicaciones y patentes:
Se refiere a los costos de edición y publicación de artículos científicos en
revistas indexadas o divulgativas reconocidas, libros, manuales, videos,
cartillas, etc. que presenten los resultados del proyecto y sirvan como
estrategia de comunicación de éstos. También se financiarán los costos para la
solicitud de patentes de innovaciones tecnológicas derivadas del proyecto. Su
costo debe justificarse en la sección de resultados esperados del proyecto.
Material Bibliográfico:
Se podrá financiar bibliografía debidamente justificada y directamente
relacionada con la temática del proyecto en la forma de libros y/o
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suscripciones a revistas científicas del tema. (Tabla 5.9)
Rubros no financiables con recursos UNAD. Los recursos de la UNAD no
pueden aplicarse a los siguientes rubros: Impuestos, seguros, construcciones,
mantenimiento.
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TABLAS DE PRESUPUESTO
Tabla 5.1 Presupuesto global de la propuesta por fuentes de financiación.(Miles $).
RUBROS
FUENTES
TOTALUNAD
CONTRAPARTI
DA
PERSONAL
EQUIPOS
SOFTWARE
MATERIALES
SALIDAS DE CAMPO
MATERIAL
BIBLIOGRÁFICO
PUBLICACIONES Y
PATENTES
SERVICIOS
TÉCNICOS
VIAJES
CONSTRUCCIONES No financiable
MANTENIMIENTO No financiable
ADMINISTRACION
TOTAL
Tabla 5.2 Descripción de los gastos de personal (en miles de $).
INVESTIGA FORMACIÓ FUNCIÓN DEDICAC RECURSOS TOTAL
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DOR
N
ACADÉMIC
A
DENTRO
DEL
PROYECTO
IÓN
Horas/
semana
UNA
D
Contrapar
tida
TOTAL
* Agregar una columna para cada fuente de financiación adicional distinta de la
entidad que presenta el proyecto.
Tabla 5.3 Descripción de los equipos que se planea adquirir (en miles de $).
EQUIPOJUSTIFICA
CIÓN
RECURSOS
TOTALUNAD
Contrapart
ida
TOTAL
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Tabla 5.4 Descripción y cuantificación de los equipos de uso propio (en miles de $)
EQUIPO VALOR
TOTAL
Tabla 5.5 Descripción del software que se planea adquirir (en miles de $).
SOFTWAREJUSTIFICA
CIÓN
RECURSOS
TOTALUNAD
Contrapart
ida
TOTAL
Tabla 5.6 Descripción y justificación de los viajes (en miles de $)
/No
Lugar.
De
viajes
Justificaci
ón**
Pasajes
($)
Estadía
($)
Tota
l
días
Recursos
TOTALUNAD
Contrapar
tida
TOTAL
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** Se debe justificar cada viaje en términos de su necesidad para el éxito del
proyecto
Utilice NA en caso de que no aplique. Ej: No requiere software, Bibliografía etc.
Tabla 5.7 Valoración salidas de campo (en miles de $)
Ítem Costo unitario # TOTAL
TOTAL
Tabla 5.8 Materiales y suministros (en miles de $)
Materiales* Justificación Valor
TOTAL
Pueden agruparse por categorías, Ej.: vidriería, reactivos, papelería, etc.,
suscripciones a revistas, libros, etc.
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Tabla 5.9 Bibliografía (en miles de $)
Ítem Justificación Valor
TOTAL
Tabla 5.10 Servicios Técnicos (en miles de $)
Tipo de servicio Justificación Valor
TOTAL
Comprimir en pdf e identificar como EVALUACION FINAL- grupo X (donde X
es el grupo a que pertenece.)
Retirar la información que se incluye en el formato de informe a manera de
orientación, para su elaboración (texto en fuente roja).
Nota: Si excepcionalmente trabaja individualmente, debe entregar la
evaluación final cumpliendo con las respectivas especificaciones de
extensión y contenido.
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