capitulo vi
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CAPÍTULO VI
LA BIOTECNOLOGÍA APLICADA A LOS PROCESOS MINERO-METALÚRGICOS
COMO INSTRUMENTO DE GESTIÓN AMBIENTAL
MSc. Ing. NATANIEL LINARES GUTIÉRREZ
CURSO DE ACTUALIZACIÓN ACADÉMICA
ESME/FAME-UNJBG
2010
07/11/2010 1MSc. Ing. NATANIEL LINARES G
BIOTECNOLOGÍA
• Uso de la microbiología, la bioquímica y la
ingeniería con el fin de lograr aplicaciones
tecnológicas industriales provenientes de
microorganismos o de células de cultivo de tejidos
y sus partes.
• Explotación industrial del potencial de
microorganismos, células vegetales y animales en
beneficio del hombre, plantas y animales.
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ÁREAS DE APOYO
1. La biotecnología está recibiendo, tanto a nivel social, como de los gobiernos e investigadores, una atención especial.
2. Estos esfuerzos se han desarrollado sobretodo en los campos farmacéutico, alimentario, de la química orgánica y de las enzimas, sin prestar especial atención al campo de los metales.
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DIFUSIÓN-APOYO
• El potencial de las transformaciones de metales por microorganismos, no ha sido promocionado y apoyado de forma tan clara como las otras áreas de la biotecnología.
• Un número relativamente reducido de investigadores dedicados a estos temas.
• El conocimiento de los mecanismos de estos procesos es incompleto. Además se trata de sistemas muy heterogéneos, con diseño, ingeniería y control difíciles.
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TABLA PERIÓDICA Y BIOTECNOLOGÍA
• La mayoría de los elementos de la tabla periódica,
por supuesto los metales, son transformados
microbiológicamente, por lo que estos procesos
pueden ser aplicables a escala biotecnológica.
• Biogénesis (todo ser vivo procede de otro ser vivo)
• Biolixiviación
• Biooxidación
• Biocorrosión
• Bioacumulación
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REACCIONES
• Oxidación
• Reducción
• Alquilación
• Solubilización
• Precipitación
• Etc.
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Participación de los elementos en reacciones que se producen
en la interfase biotecnología-materiales.
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BIOTECNOLOGÍA EN PROCESOS MINERO-METALÚRGICOS:
1. La biotecnología sólo está siendo aplicada en la
obtención de metales para la extracción de cobre,
uranio, cobalto, oro y plata.
2. Se están haciendo esfuerzos importantes para
conseguir su implantación a escala industrial en el
tratamiento de otros minerales.
3. Se investigan también otros procesos biotecnológicos
de aplicación en la industria minero-metalúrgica.
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PROCESOS BIOTECNOLÓGICOS RELACIONADOS CON
LA I. M. M.
► Biodescontaminación
► Biotecnología minera
► Biogénesis
► Biocorrosión
► Generación de drenajes ácidos de minas
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BIODESCONTAMINACIÓN
Es el conjunto de procesos de eliminación de
contaminantes, orgánicos e inorgánicos,
presentes en suelos, minerales, carbones,
sedimentos o efluentes líquidos, por acción de
microorganismos (bacterias, levaduras,
hongos).
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PROCESOS
De acuerdo al modo de acción y a la naturaleza
de los contaminantes:
► Biodegradación
► Biorreducción
► Biolixiviación
► Biofijación o biosorción
07/11/2010 11MSc. Ing. NATANIEL LINARES G
BIODEGRADACIÓN
• Descomposición de un sustrato orgánico por acción
microbiológica.
• Biodegradacion es descomposición orgánica, es el
resultado de proceso de digestión, asimilación,
metabolización, de un compuesto orgánico llevado a cabo
por bacterias, protozoos, hongos y otros organismos.
• la biodegradacion es un proceso natural ventajoso, no solo
por permitir la eliminación de compuestos nocivos,
impidiendo su concentración, si no que además es
indispensable para el reciclaje de los elementos en la
biosfera, permitiendo la restitución de elementos esenciales
en la formación y crecimiento de los organismos.
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BIORREDUCCIÓN
► Reducción de compuestos oxidados (nitratos,
óxidos metálicos, sulfatos, etc.) por acción
microbiológica.
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BIOFIJACIÓN O BIOSORCIÓN
Remoción de contaminantes, generalmente
metálicos, presentes en un líquido sobre
microorganismos vivos o muertos.
El uso de biomasa ha abierto nuevas expectativas
para la eliminación de los metales tóxicos de
aguas residuales, o para la recuperación de los
metales valiosos.
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BIOTECNOLOGIA MINERA
► Beneficio de minerales:
Biofloculación, biooxidación y
bioflotación.
► Extracción hidrometalúrgica de metales:
Biolixiviación de minerales.
► Remediación de residuos:
Biodegradación y biosorción.
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Biofloculación
► Modificación de la superficie de un
mineral por acción bacteriana previa a la
concentración para lograr separaciones por
flotación más selectivas.
► También se le llama flotación inducida
por microorganismos.
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Biooxidación
► Solubilización de los constituyentes del
mineral por acción bacteriana.
► Se remueven los constituyentes del mineral
que interfieren con la extracción convencional
de los valores metálicos.
► La solución se desecha y el residuo se
procesa para obtener metales.
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Biolixiviación
► Ataque y solubilización de un mineral por
acción bacteriana.
► Se extraen los valores metálicos.
► El residuo se desecha y la solución se
procesa para obtener metales.
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BIOINDICADORES, BIOACUMULADORES
• Uso de Sensores biológicos en la
evaluación de la contaminación ambiental:
• Bioindicadores, y
• Acumuladores
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INDICADORES DE LA CONTAMINACIÓN
• Calibran la calidad del ecosistema, o la condición del
• ambiente natural, a través de información
• que es monitoreada en cuerpos de agua, en
• cuencas atmosféricas o en suelo, y permiten
• identificar, dentro de un marco de calidad,
• el nivel de deterioro ambiental.
• Criterios para seleccionar los indicadores:
Gravedad y frecuencia de los efectos adversos observados o
presuntos
Ubicuidad y abundancia del agente en el medio
Persistencia en el medio
Transformación ambiental o alteraciones metabólicas
Ecosistema o población expuesta
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BIOINDICADORESGeneralmente usados para evaluar efectos de estresores ambientales sobre
salud de organismos : Proceso de Evaluación de Riesgo Ecológico.
Las especies indicadoras ayudan a descifrar cualquier fenómeno o
acontecimiento actual relacionado con el estudio de un ambiente.
Las especies tienen requerimientos físicos, químicos, de estructura del
hábitat y de relaciones con otras especies.
A cada especie o población le corresponde determinados límites de estas
condiciones ambientales para:
. sobrevivir (límites máximos),
. crecer (intermedios) y
. reproducirse (límites más estrechos).
En general, cuanto más estenoica (Especie que vive en un espacio geográfico limitado)
sea la especie en cuestión ( cuando más estrechos sean sus límites de
tolerancia) mayor será su utilidad como indicador ecológico.
Las especies bioindicadoras deben ser, en general,:
. Abundantes,
. Muy sensibles al medio de vida,
. Fáciles y rápidas de identificar,
. Bien estudiadas en su ecología y ciclo biológico, y, con poca movilidad.
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BIOINDICADORES
• Su uso requiere conocer:
– las tolerancias ecológicas y
– los requerimientos de las especies
– sus adaptaciones para resistir contaminantes agudos y crónicos.
• Los bioindicadores comprende:
Estudio autoecológico en el laboratorio : establecer los límites de su
tolerancia a una mezcla de contaminantes (ensayo de toxicidad) y
Estudio sinecológico: observación y análisis de las características
ambientales de los sitios en los que se detectan con más frecuencia
poblaciones de organismos de cierta especie
• Algas, bacterias, protozoos, macroinvertebrados y peces son los más
usados como indicadores de contaminación acuática.
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a.- Bioindicadores de calidad de aire
• Los bioindicadores reaccionan con el contaminante presente en el
ambiente con efectos medibles.
• Estos efectos permiten obtener conclusiones sobre el grado de
contaminación atmosférica y el tipo de contaminante.
• Plantas, por su intercambio muy activo con atmósfera, son muy
adecuadas como indicadoras de contaminación atmosférica.
• Dependiendo del tipo de contaminantes atmosféricos y sus efectos sobre
las plantas indicadoras, se distingue:
indicadores sensibles (de respuesta)
Por ejemplo :
. la destrucción de clorofila por contaminación
. Manchas (tabaco) u otras alteraciones visibles.
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• Indicadores acumuladores acumulan grandes cantidades del
contaminante, aunque no se observan daños visibles.
• La hierba Lolium multiflorum se usa para la detección de los efectos
del azufre y los metales pesados.
• Las plantas se exponen al aire ambiental en periodos sucesivos de 28
días desde agosto a septiembre.
• Las hojas acumulan las sustancias nocivas que están en el aire.
• La col rizada (Brassica oleracea) acumula sustancias orgánicas en las
ceras de sus hojas.
• Las plantas se exponen al aire ambiental 8 semanas, desde octubre a
diciembre.
• Después de la exposición, el contenido en hidrocarburos aromáticos
policíclicos se analiza químicamente.
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b.- Bioindicadores de calidad de agua
• Preservación de ecosistemas acuáticos y de su biodiversidad
es crucial.
• Varios métodos son aplicados para el monitoreo de la calidad de
aguas,
• Los bioindicadores cada vez mas utilizados por:
• Su función y gran diversidad, propiciando respuestas rápidas a varios
tipos de estresores (contaminación, salinización, entre otros),
• Emplear en general aparatos técnicos de bajo costo.
• Hay una gran demanda para desarrollar y/o adaptar una
metodología para las condiciones de cada ámbito geográfico.
• Haciendo posible la implementación de esta técnica de manera
mas efectiva en programas de monitoreamiento.
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Bioindicadores de calidad de agua
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BIOACULADORES• Bioacumulación es la acumulación neta, con el paso del tiempo, de
metales (u otras sustancias persistentes) en un organismo a partir de fuentes
tanto bióticas (otros organismos) como abióticas (suelo, aire y agua).
• Es la acumulación de químicos en las células de un organismo.
• El nivel de bioacumulación depende de equilibrio entra la velocidad a la que
la sustancia ingresa en las células del organismo y la rapidez con que se
descompone o excreta.
• Si un organismo ingiere una pequeña cantidad de un contaminante, puede
ser capaz de eliminarlo sin que se presente una acumulación significativa;
• Sin embargo, si el organismo no es capaz de eliminarlo de su cuerpo,
entonces resultará en Bioacumulación.
• Alternativamente, cuando un ambiente se encuentra fuertemente
contaminado, puede ser que un organismo absorba mayor cantidad de la
sustancia de la que puede excretar en el mismo lapso de tiempo. Habrá
bioacumulación a menos que se reduzca la concentración del contaminante.
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• Cuando un pez come algún insecto o una
planta que ha sido expuesto a algún
insecticida, ingiere con él la dosis de
plaguicida que se va a almacenar en la grasa
de su cuerpo.
• Cuando otro animal, que puede ser un ave,
otro pez o cualquier carnívoro, ingiere al pez,
se come el insecticida que éste ingirió
durante toda su vida.
• Si come muchos peces en las mismas
condiciones, almacena más y más
insecticida.
• Cuando finalmente, un consumidor terciario
como el hombre, come el pescado adquiere
con él todo el insecticida que ha acumulado.
• Así, se establece una cadena acumulativa
de insecticida, que eleva peligrosamente su
concentración mientras más larga es la
cadena alimenticia que se desarrolla.
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En las aves se han encontrado hasta 25 ppm de insecticida
En los grandes peces: 2 ppm
En los peces pequeños: 0.5 ppm
En el agua:0.000,003 ppm
En el zooplancton: 0.04 ppm
GRACIAS POR SU ATENCIÓN
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