1. LA BIOTECNOLOGÍA Y SUS
APLICACIONES AMBIENTALES
Msc. Blgo. Herry Lloclla Gonzales

3. Según el Convenio sobre Diversidad Biológica de 1992, la
biotecnología podría definirse como
"Toda aplicación tecnológica que utilice sistemas biológicos y organismos
vivos o sus derivados para la creación o modificación de productos o
procesos para usos específicos".

6. APLICACIONES DE LA BIOTECNOLOGÍA

7. ¿QUÉ ES DESARROLLO SOSTENIBLE?
SATISFECER
NECESIDADES
DE LAS
GENERACIONES
PRESENTES
SIN COMPROMETER
POSIBILIDAES DE
LAS DEL FUTURO

8. La expansión de las actividades económicas
ha puesto en riesgo la capacidad de carga del
sistema, que tiende a ser sobrepasada

9. TECNOLOGÍAS
DE
TRATAMIENTO

10. El término “tecnología de tratamiento”“tecnología de tratamiento” implica
cualquier operación unitaria o serie de
operaciones unitarias que altera la composiciónaltera la composición
de una sustancia peligrosa o contaminantede una sustancia peligrosa o contaminante a
través de acciones químicas, físicas o biológicasacciones químicas, físicas o biológicas
de manera que reduzcan la toxicidad, movilidadreduzcan la toxicidad, movilidad
o volumen del material contaminadoo volumen del material contaminado
(EPA, 2001).
Al tratamiento para remediar sitios contaminados,
utilizando diversas tecnologías se le conoce con el
nombre genérico de remediaciónremediación

11. Factores de selección :

13. El concepto de remediación
Hace referencia a la
aplicación de estrategias
biológicas, físico- químicas
para evitar el daño y
contaminación de ambientes

19. C.1) Tto. Biológico o Biorremediación
Actividades metabólicas de :
Bacteria
s
Hongos
Plantas
Algas

20. C.2) Tto. Físico – Químico
En este caso se aprovechan las
propiedades físicas y/o químicas de los
contaminantes o del medio contaminado,
para destruir, separar o contener la
contaminación. Ejm. extracción con aire
de COV.

21. C.3) Tto. Térmico
Se utiliza el calor para incrementar la
volatilización, separación, quemar,
descomponer o fundir (inmovilizar) los
contaminantes. Ejm. Tto de suelos con
vapor .

24. QUE ES LA
BIORREMEDIACION?
Biorremediación
Vida “Remediar”= Resolver un problema
Bio-Remediar= usar organismos biológicos para resolver un
problema.
Biorremediación
Se refiere al espectro de métodos que utilizan organismos
(como bacterias, plantas, hongos, etc.) o productos metabólicos
obtenidos a partir de ellos para degradar contaminantes
orgánicos peligrosos o convertir contaminantes inorgánicos en
compuestos ambientalmente menos tóxicos o no tóxicos.

25. PRINCIPIO DE LA
BIORREMEDIACION
La biorremediación se basa en
la idea de que los organismos
son capaces de tomar cosas del
ambiente y usarlas para su
crecimiento, toman sustancias
contaminadas del medio
ambiente y las conviertan en
una forma no tóxica.
Algunas bacterias, protistas, y
hongos son muy buenos en la
degradación de moléculas
complejas.

26. PROCESO DE LA
BIORREMEDIACION
1. Los microorganismos producen enzimas que “rompen” la molécula
contaminante en partes digeribles.
2. El contaminante es ingerido y digerido por la célula como
nutriente junto con otras fuentes de energía.
OBJETIVO
Convertir sustancias que son peligrosas para los organismos vivos
a productos inertes, de manera que solo queden desechos
inofensivos de dichas sustancias.

27. Ambientes contaminados

29. Esta estrategia biológica depende de las actividades
catabólicas de los organismos, y por consiguiente de su
capacidad para utilizar los contaminantes como fuente
de alimento y energía (Van Deuren y col., 1997).
Las rutas de biodegradación de los contaminantes
orgánicos, varían en función de la estructura química
del compuesto y de las especies microbianas
degradadoras.
El proceso de biorremediación incluye:
Reacciones de oxido-reducción
Procesos de intercambio iónico, e incluso
Reacciones de acomplejamiento y quelación que
resultan en la inmovilización de metales (Eweis y col., 1998).

30. La biorremediación puede:
Emplear organismos propios del sitio contaminado
(autóctonos) o de otros sitios (exógenos)
Realizarse in situ o ex situ
En condiciones aerobias (en presencia de oxígeno) o
anaerobias (sin oxígeno)
Los procesos de biorremediación, aunque no todos los
compuestos orgánicos son susceptibles a la biodegradación, se
han usado con éxito para tratar suelos, agua residual , lodos y
sedimentos contaminados con:
 Hidrocarburos del petróleo ,
 Solventes (benceno y tolueno),
 Explosivos (TNT),
 Clorofenoles (derivados del benceno),
 Pesticidas ,
 Residuos orgánicos ,
 Conservadores de madera (creosota) e
 Hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAPs)

31. Tipos de
Biorremediación

34. Microorganismos
Fuente de carbono:
contaminante
Nutrientes: Fosforo,
Nitrógeno y otros
Mineralización:
contaminante transformado
en CO2 y H2O
Mineralización:
contaminante transformado
en CO2 y H2O
Transformación:
contaminante
modificado
Transformación:
contaminante
modificado

42. PROCESO DE BIORREMEDIACIÓN
• ESCASA
TRANSPARENCIA
• BAJOS NIVELES DE
OXÍGENO
• ALTAS CARGAS
ORGANICAS Y
NUTRIENTES
• SEDIMENTO
HISTÓRICO
AGUA
SEDIMENTO

43. PROCESO DE BIORREMEDIACION
• TRATAMIENTO
BIOLOGICO
POTENCIADO Y
DIRIGIDO
• APLICACIÓN DEL
INÓCULO A
DISTINTA
PROFUNDIDAD
SEDIMENTO
AGUA

44. PROCESO DE BIORREMEDIACION
• DIFUSIÓN DEL
INÓCULO A
TRAVÉS DE LOS
INTERSTICIOS
SEDIMENTO
AGUA

45. PROCESO DE BIORREMEDIACION
• DIFUSIÓN DEL
INÓCULO A
TRAVÉS DE LOS
INTERSTICIOS
SEDIMENTO
AGUA

46. PROCESO DE BIORREMEDIACION
• INICIO INMEDIATO
DE LA ACTIVIDAD
SIGUIENTE
SEDIMENTO
AGUA

47. PROCESO DE BIORREMEDIACION
• PRIMERAS
MANIFESTACIONES
EN LA MATRIZ
AGUA.
• MEJORA DE LA
TRANSPARENCIASEDIMENTO
AGUA

48. PROCESO DE BIORREMEDIACION
• REDUCCIÓN DEL
ESPESOR DE LOS
SEDIMENTOS
SEDIMENTO
AGUA

49. PROCESO DE BIORREMEDIACION
• INCREMENTO DE
LOS NIVELES DE
OXÍGENO EN EL
AGUA
• ELIMINACIÓN DE
OLORES
MOLESTOS
SEDIMENTO
AGUA

50. PROCESO DE BIORREMEDIACION
• AUMENTO DE LA
TRANSPARENCIA
SEDIMENTO
AGUA

51. PROCESO DE BIORREMEDIACION
• PROLIFERACIÓN
DE PLANTAS
ACUATICAS
SEDIMENTO
AGUA

52. PROCESO DE BIORREMEDIACION
• ACUSADA
REDUCCIÓN DEL
SEDIMENTO
SEDIMENTO
AGUA

53. PROCESO DE BIORREMEDIACION
• TRANSPARENCIA
TOTAL DEL AGUA
SEDIMENTO
AGUA

54. PROCESO DE BIORREMEDIACION
• RECUPERACION
DE LAS
CONDICIONES
APROPIADAS PARA
LA VIDA ACUATICA
SEDIMENTO
AGUA

55. PROCESO DE BIORREMEDIACION
• RECUPERACION
DE LAS
CONDICIONES
APROPIADAS PARA
LA VIDA ACUATICA
SEDIMENTO
AGUA

56. PROCESO DE BIORREMEDIACION
• RECUPERACION
DE LAS
CONDICIONES
APROPIADAS PARA
LA VIDA ACUATICA
SEDIMENTO
AGUA

57. PROCESO DE BIORREMEDIACION
• RECUPERACION
DE LAS
CONDICIONES
APROPIADAS PARA
LA VIDA ACUATICA
SEDIMENTO
AGUA

58. PROCESO DE BIORREMEDIACION
• RECUPERACION
DE LAS
CONDICIONES
APROPIADAS PARA
LA VIDA ACUATICA
SEDIMENTO
AGUA

63. A. Tecnologías in situ
Las técnicas in situ buscan estimular y crear un
ambiente favorable para el crecimiento microbiano a
partir de los contaminantes.
Este objetivo generalmente puede lograrse con:
El suministro de aire u oxígeno (bioventeo)
El suministro de nutrientes (bioestimulación)
El suministro de microorganismos (bioaumentación)
 y/o humedad, además del control de Tº y Ph

64. BIORREMEDIACION
ATENUACION NATURAL IN SITU EX SITU
BIOESTIMULACION BIOAUMENTACION

65. BIOESTIMULACIONBIOESTIMULACION BIOAUMENTACION
Se utilizan
microorganismos
endógenos para
degradar
contaminantes
(subsuelo/aguas
subterráneas
contaminadas).
Se estimula la actividad
biológica de la bacteria
por medio de la
inyección de aire a
través de los pozos.
Estos se instalan en
varios puntos del área
contaminada, y a través
de ellos se inyectan
también
nutrientes.
Se adiciona un
consorcio de
microorganismos
degradadores del
contaminante.
Este consorcio
desarrollado en el
laboratorio es
enriquecido con
nutrientes en una
solución bioactiva, la
cual es
inyectada a una
profundidad
determinada en los
pozos monitoreados.
ALTAMENTE EFECTIVOSALTAMENTE EFECTIVOS

66. Bioventeo
El bioventeo es una tecnología relativamente nueva
Su objetivo es estimular la biodegradación natural de
cualquier compuesto biodegradable en condiciones
aerobias.
El aire se suministra en el sitio contaminado a través
de:
pozos de extracción
por movimiento forzado (extracción o inyección)
con bajas velocidades de flujo
El fin es proveer solamente el oxígeno necesario para
sostener la actividad de los microorganismos
degradadores

71. Aplicaciones
Se utiliza para:
Tratar compuestos orgánicos biodegradables
semivolátiles (COSs) o no volátiles.
Favorecer la degradación de contaminantes
adsorbidos
Degradar COVs, por medio de su movimiento a través
del suelo biológicamente activo
Remediar suelos contaminados con HTPs, solventes
no clorados, pesticidas y conservadores de la madera,
entre algunos otros químicos

72. Bioestimulación
La bioestimulaciónbioestimulación implica la circulación de
soluciones acuosas (que contengan nutrientes
y/u oxígeno) a través del suelo contaminado,
para estimular la actividad de los
microorganismos autóctonos, y mejorar así la
biodegradación de contaminantes orgánicos o
bien, la inmovilización de contaminantes
inorgánicos in situ (Van Deuren y col., 1997)

73. Aplicaciones
Se ha usado con éxito para remediar suelos
contaminados con
Gasolina
COVs
Compuestos organicos sintetico (COSs), y
Pesticidas
Estudios a escala piloto, han mostrado la
biodegradación de suelos contaminados con
desechos de municiones.

74. Limitaciones
Esta tecnología no es recomendable
porque pueden provocar limitaciones en
la transferencia de O2 para suelos
arcillosos altamente estratificados o
demasiado heterogéneos

75. Bioaumentación
Esta tecnología se utiliza cuando se requiere el
tratamiento inmediato de un sitio contaminado, o cuando
la microflora autóctona es insuficiente en número o
capacidad degradadora.
Consiste en laConsiste en la adición de microorganismos vivos, que, que
tengan la capacidad para degradar el contaminante entengan la capacidad para degradar el contaminante en
cuestión, para promover su biodegradación o sucuestión, para promover su biodegradación o su
biotransformación.biotransformación.
El tamaño del inóculo a utilizar, depende de:
tamaño de la zona contaminada,
la dispersión de los contaminantes y
la velocidad de crecimiento de los microorganismos
degradadores (Riser-Roberts, 1998).

76. Aplicaciones
Se ha usado para tratar suelos contaminados con
Herbicidas (2,4-D, clorofam)
Insecticidas (lindano, clordano, paratión),
clorofenoles (PCP) y
Nitrofenoles, BPCs, HTPs y HAPs (Alexander, 1994)
También se ha aplicado efectivamente para tratar
desechos con concentraciones relativamente altas
de metales (Eweis y col., 1998).

77. Biolabranza
Durante el proceso de biolabranza, la superficie del
suelo contaminado es tratado en el mismo sitio por
medio del arado. El suelo contaminado se mezcla con
agentes de volumen y nutrientes, y se remueve
periódicamente para favorecer su aireación.
Diferencia entre le biolabranza y el composteoDiferencia entre le biolabranza y el composteo
En la biolabranzabiolabranza, se mezcla el suelo contaminado con
suelo limpio
En el composteocomposteo generalmente se realiza sobre el suelo (Van
Deuren y col., 1997).

78. LANDFARMINGLANDFARMING

79. Aplicaciones
Los contaminantes tratados con éxito por
biolabranza, incluyen :
Diesel
Gasolinas
Lodos aceitosos
PCP, creosota y
Coque,
Además de algunos pesticidas y HTPs (Alexander,
1994).
Tecnología de gran escala. Se practica en USA,
Canadá, Reino Unido, Holanda, Suiza, Dinamarca,
Francia y Nueva Zelanda (Reiser-Roberts, 1998).

80. Limitaciones
La biolabranza debe manejarse con cuidado para
prevenir la contaminación de acuíferos, superficies de
agua, aire o en la cadena alimenticia.
El mayor problema es la posibilidad de lixiviados de los
contaminantes hacia suelo y agua.
Por la incorporación de suelo contaminado en suelo
limpio, se genera un gran volumen de material
contaminado.
No es recomendable su uso para contaminantes diluidos,
ni tampoco cuando no todos los contaminantes son
biodegradables (Van Deuren y col., 1997).

81. B. Tecnologías ex situ
Los procesos de biorremediación ex situ,
incluyen:
(i) Procesos de biodegradación en fase de lodos,
en donde el suelo se mezcla con agua (para formar
un lodo), microorganismos y nutrientes; y
(ii) Procesos de biodegradación en fase sólida, en
donde los suelos se colocan en una celda de
tratamiento (composteo) o sobre membranas
impermeables (biolabranza), en donde se agrega
agua y nutrientes (EPA, 2001).

82. Biorremediación
en fase sólida
(composteo)
El composteo es un proceso biológico controlado, por el
cual pueden tratarse suelos y sedimentos contaminados
con compuestos orgánicos biodegradables, para obtener
subproductos inocuos estables.
El material contaminado se mezcla con agentes de
volumen (paja, aserrín, estiércol, desechos agrícolas), que
son sustancias orgánicas sólidas biodegradables,
adicionadas para mejorar el balance de nutrientes, así
como para asegurar una mejor aireación y la generación
del calor durante el proceso.

84. Aplicaciones
El composteo se ha usado con éxito para remediar
suelos contaminados con:
PCP
Gasolinas
HTPs
HAPs.
Se ha demostrado también la reducción, hasta niveles
aceptables, en la concentración y toxicidad de explosivos
(TNT).
El uso de estrategias de composteo, se ha adoptado
seriamente hasta los últimos 3 a 5 años (Van Deuren y col.,
1997; Semple y col., 2001).

85. Biorremediación
en fase de lodos
(biorreactores)
Los biorreactores
Pueden usarse para tratar suelos heterogéneos y
poco permeables, o cuando es necesario disminuir
el tiempo de tratamiento, ya que es posible
combinar controlada y eficientemente, procesos
químicos, físicos y biológicos, que mejoren y
aceleren la biodegradación (Reiser-Roberts, 1998).

86. Uno de los reactores más utilizados para biorremediar suelos es
el biorreactor de lodos, en el cual el suelo contaminado se
mezcla constantemente con un líquido, y la degradación se lleva
a cabo en la fase acuosa por microorganismos en suspensión o
inmovilizados en la fase sólida.
El tratamiento puede realizarse también en lagunaslagunas construidas
para este fin o bien en reactores sofisticados con control
automático de mezclado (Alexander, 1994).

87. Ejemplo 1: Lagunas Facultativas

88. Disposición en las lagunas Facultativas
•Las lagunas facultativas deben utilizar entradas y salidas múltiples para
aproximarse al flujo de tipo pistón.
•Las entradas y salidas múltiples promueven la distribución uniforme de lodos
depositados en el fondo.

89. Ejemplo: Lagunas Aereadas

90. Lagunas aireadas

91. Proceso de Fangos Activados
Puede definirse como una
masa floculenta que se
produce cuando un agua
residual se aerea de forma
continua
Está compuesta por
microorganismos que son
capaces de romper y
metabolizar los principales
contaminantes presentes
en el agua residual.
Microorganismos
(bacterias)
Materia
orgánica
Oxigeno
(aereadores)
Licor Mezcla

92. LODOS ACTIVADOS

93. Aplicaciones
Los biorreactores de lodos aerobios, se utilizan
principalmente para tratar:
HTPs
COSs no halogenados y
COVs.
Se utilizan también reactores secuenciales de
lodos aerobios /anaerobios para tratar:
BPCs
COSs halogenados
pesticidas y
desechos de artillería (Van Deuren y col., 1997).