Técnicas de Biorremediación PDF

1 BIORREMEDIACIÓN Tema de investigación: Biorremediación asistida por surfactantes Biorremediación electroquímica Elaborado por: Nidia Cabrera Torres Facultad de Educación En Línea Tercer Semestre Protección del Medio Ambiente...

1 BIORREMEDIACIÓN Tema de investigación: Biorremediación asistida por surfactantes Biorremediación electroquímica Elaborado por: Nidia Cabrera Torres Facultad de Educación En Línea Tercer Semestre Protección del Medio Ambiente Docente: Ing. Marcelo Cabrera Nueva Loja, 15 diciembre de 2024  2 INTRODUCCIÓN La biorremediación es una técnica de remediación ambiental que utiliza microorganismos vivos como bacterias, hongos o plantas para degradar, transformar o eliminar contaminantes del suelo, el agua y el aire. Es una alternativa sostenible y amigable con el medio ambiente. (Paredes, 2023) En la actualidad, la contaminación de los suelos debido a las actividades petroleras, se ha convertido en uno de los problemas más graves, sobre todo cuando existen derrames accidentales a gran escala. Cuando hay derrame de estos contaminantes en el suelo, los compuestos alifáticos se pierden por volatilización, mientras que algunos hidrocarburos como los policíclicos, persisten en la superficie. (Riojas González y otros, 2010) Entre las técnicas para la eliminación de estos contaminantes puede ser mediante, la biorremediación asistida por surfactantes y biorremediación electroquímica. La biorremediación asistida por surfactantes es una estrategia que ayuda a mejorar la efectividad de la biorremediación por medio del uso de surfactantes. Los surfactantes son compuestos químicos que minimizan la tensión artificial entre líquidos, lo que ayuda a la disolución de contaminantes de hidrocarburos en agua, permitiendo que de manera más efectiva los microorganismos realizan la degradación. (Rojas, 2011) El empleo de surfactantes, se ha propuesto como una técnica para incrementar la biodisponibilidad de contaminantes orgánicos hidrofóbicos, explosivos, clorofenoles, pesticidas, entre otros, y así facilitar su biodegradación. La biorremediación electroquímica es una disciplina científica que estudia las interacciones entre la electricidad y las reacciones químicas. En el tratamiento de aguas contaminadas ofrece varias ventajas. Los métodos electroquímicos son procesos ambientales amigables, ya que no  3 requieren el uso de productos químicos adicionales para eliminar los metales pesados, siendo altamente eficientes y selectivos. (Millán, 2023) La biorremediación electroquímica se basa en la conversión de energía eléctrica en energía química. Por lo que se requiere una corriente eléctrica que produce una reacción química, de tal manera que depende de la intensidad de corriente eléctrica que existe entre los electrodos. La principal consecuencia de esta reacción es la formación de un frente ácido, debido a los procesos de electro migración, que tendrá lugar a la liberación de contaminantes que se encuentran en el suelo, por el intercambio iónico y disolución de precipitados. DEFINICIONES La biorremediación asistida por surfactantes Los surfactantes o más conocidos como agentes tensoactivos, limpian como emulsificantes permitiendo que aceite y agua se mezclen para eliminar los componentes grasos de las manchas. Los surfactantes en la biorremediación, actúan logrando incrementar la biodisponibilidad mediante la acción paralela de la desorción y solubilización del contaminante, por sus propiedades de biodegradabilidad y baja toxicidad. (Rojas, 2011) La biorremediación electroquímica Los procesos con biorremediación electroquímica, son dispositivos que involucran reacciones electroquímicas catalizadas por microorganismos, de tal manera que permite la extracción de energía de la respiración anaeróbica microbiana. Estos procesos se basan en la capacidad de los microorganismos electrogénicos como las bacterias, de transferir electrones extracelularmente durante la respiración celular. En sí, los microorganismos electrogénicos oxidan compuestos, como el acetato, en el citosol y obtienen energía catalizando la transferencia de  4 electrones. Además, estos electrones pueden ser usados para reducir óxidos de diferentes metales, como Oro, Plata, Cobre, Vanadio, Cromo, Mercurio y Uranio. Los metales reducidos se depositan sobre el electrodo o precipitan al fondo del reactor pudiendo ser recuperados. El sistema de biorremediación electroquímica, representa una plataforma capaz de convertir los contaminantes orgánicos disueltos en agua residuales en una fuente de energía renovable, recuperando productos contaminantes, como metales pesados, preciosos o radiactivos, y transformar algunos compuestos químicos en productos valiosos, como metano o piruvato. (INSTITUTO DE ENERGÍA Y DESARROLLO SUSTENTABLE, 2020) TIPOS En soluciones acuosas, los surfactantes forman estructuras esféricas organizadas llamadas micelas que tiene la capacidad de solubilizar compuestos hidrofóbicos. (PROCURADURIA AMBIENTAL Y DEL ORDENAMIENTO TERRITORIAL DEL DF, 2017) Los tipos de surfactantes son: Surfactantes aniónicos Son aquellos que en solución acuosa se disocian en un anión anfífilo y un catión, tienen una carga negativa, el cual es un metal alcalino o un amonio cuaternario. Los surfactantes de mayor producción son los detergentes como alquilbenceno sulfonatos, jabones o sales de ácidos carboxílicos grasos, espumantes como el lauril éster sulfato. Además, son útiles para la emulsificación de contaminantes orgánicos, pero si no se usan adecuadamente, pueden afectar la actividad microbiana.  5 Surfactantes catiónicos Son aquellos que se disocian en un catión anfífilo y un anión tipo halogenado, tienen una carga positiva. Estos surfactantes se utilizan solamente en aplicaciones especiales donde la carga positiva del anfífilo produce ventajas como enjuagues o emulsiones asfálticas, eliminando contaminantes con carga negativa como los metales pesados. En la mayoría de los casos pertenecen a un grupo amonio cuaternario. Además, si se usan en concentraciones elevadas, pueden convertirse en tóxicos para los microorganismos. Surfactantes no iónicos Por orden de importancia industrial vienen justo después de los aniónicos, y hoy en día su producción está aumentando. En solución acuosa no forman iones, ya que su parte hidrofílica está formada por grupos polares no ionizados como: alcohol, tiol, éter o éster. Además, son menos agresivos para los microorganismos, ya que producen una ambiente super ácido o básico. (PROCURADURIA AMBIENTAL Y DEL ORDENAMIENTO TERRITORIAL DEL DF, 2017) Existen varias técnicas electroquímicas que se utilizan para el tratamiento de metales pesados, entre los más destacados se encuentran los siguientes: Electroflotación En esta técnica la corriente eléctrica se usa para formar burbujas de gas de hidrógeno en el electrodo sumergido en el agua contaminada. En estas burbujas se adhieren los contaminantes metálicos, formando flóculos que ascienden a la superficie del agua, donde se pueden retirar fácilmente mediante filtración. Esta técnica es perfecta para para el tratamiento de aguas con partículas finas, coloides y concentraciones moderadas de metales pesados. (Millán, 2023)  6 Electrocoagulación En esta técnica recurre a la aplicación de corriente eléctrica para producir coagulantes in situ. Los contaminantes suspendidos o emulsionados se neutralizan y después se coagularán a partir de la fase acuosa. Las partículas de metales pesados se aglomeran como pequeños imanes para formar una masa que se denomina lodo o flóculo, lo que facilita la separación del agua mediante la filtración. (Millán, 2023) Electrodeposición Para la electrodeposición de metales pesados en agua contaminadas, se utiliza una celda electrolítica que consta de dos electrodos que es un ánodo y un cátodo. Al proveer de energía eléctrica a la celda se generan los procesos de oxidación (ánodo) y reducción (cátodo), y se consigue que los iones metálicos presentes en el efluente se depositen sobre la superficie del cátodo, esta técnica es efectiva para bajas concentraciones de metales. (Millán, 2023) EJEMPLOS PRÁCTICOS DE SU USO Trabajos reportados para la biorremediación con surfactantes. Resultados de algunos estudios realizados a escala piloto Suelo (m3) Contaminante Contaminante Tiempo (días) Remoción (%) inicial (mg/kg) final (mg/kg) 0.4 Diésel: 50000 6.000 45 94 100 HTPs: 20000 11200 a 10000 104 43 al 50 (PROCURADURIA AMBIENTAL Y DEL ORDENAMIENTO TERRITORIAL DEL DF, 2017)  7 Trabajos reportados para el tratamiento de metales pesados mediante métodos electroquímicos. Material Metal pesado Material del Tiempo de Eficiencia de electrodo proceso remoción (%) Electrodeposición Plomo Acero 2 h. 82 Electrocoagulación Plomo Hierro 1 h. 95.15 Cobre 80.22 Electroflotación Hierro Aluminio 5 – 15 min. 93 - 99 Plomo Níquel Cobre (Millán, 2023) Ejemplo de Biorremediación electroquímica de un tren de tratamiento aplicable a efluentes provenientes de procesos de galvanoplastia. En la primera etapa del tratamiento se aplica electrodiálisis, con el fin de concentrar los iones cobre presentes en el efluente. Posteriormente, se implementa la electrodeposición, donde se obtiene el metal en estado puro mediante depósitos en el cátodo, lo que brinda la posibilidad de reutilizar este metal e incluso comercializarlo. Finalmente, se aplica precipitación química para recuperar el resto de los metales, como el hierro (Fe), cromo (Cr), níquel (Ni) y zinc (Zn). (Millán, 2023) Bibliografía INSTITUTO DE ENERGÍA Y DESARROLLO SUSTENTABLE. (2020). Comisión Nacional de Energía Atómica. SISTEMAS BIOELECTROQUÍMICOS APLICADOS A LA: https://www.argentina.gob.ar/sites/default/files/cnea-ieds-proyecto-b02.pdf  8 Millán, O. D. (2023). La electroquímica como alternativa en el tratamiento de aguas contaminadas con metales pesados. VIstade la electoquimica como alternativa en el tratamiento de aguas: https://inventio.uaem.mx/index.php/inventio/article/view/769/1069 Paredes, A. J. (2023). Repositorio de Tesis Universidad Católica de Santa María. REVISIÓN CRÍTICA DEL USO DE LA BIORREMEDIACIÓN COMO: https://repositorio.ucsm.edu.pe/server/api/core/bitstreams/7fe04fe8-aa7b-405a-9329- 64c77110a1d1/content PROCURADURIA AMBIENTAL Y DEL ORDENAMIENTO TERRITORIAL DEL DF. (2017). Lavado de suelos con Surfactantes. Lavado de suelos con Riojas González, H. H., Torres Bustillos, L. G., Mondaca Fernández, I., & Balderas Cortes. (2010). Química Viva. Efectos de los surfactantes en la biorremediación de suelos: https://www.redalyc.org/pdf/863/86315692003.pdf Rojas, G. H. (2011). UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA. Influencia de los surfactantes en la remediación de suelos contaminados con hidrocarburos: file:///C:/Users/DELL/Downloads/macero,+SURFACTANTES.pdf