Aporte Colectivo Aplicación de la Biotecnología

1. APLICACIÓN DE LA BIOTECNOLOGÍA
AMBIENTAL
PROBLEMÁTICA ASOCIADA A LAS AGUAS
RESIDUALES Y LOS RELAVES MINEROS

2. MÓDULO: Electiva I Biotecnología Ambiental
Ángela María Benavides Rosero
Edith Amanda Tipaz Tipaz
Vladimir Gaviria González
COHORTE XIX
MAESTRÍA EN DESARROLLO SOSTENIBLE Y MEDIO
AMBIENTE
DOCENTE
Jorge William Arboleda Valencia
MAESTRÍA EN DESARROLLO SOSTENIBLE Y MEDIO
AMBIENTE
2019

3. PROBLEMÁTICA ASOCIADA A AGUAS
RESIDUALES URBANAS

4. Ubicación geográfica municipio El Tambo

5. Quebrada Molinoyaco, municipio El Tambo

6. Muncipio de Cumbal

7. Ordenamiento del cauce principal del Río Chiquito 2013- CORPONARIÑO

8. Problemas de
contaminación
Residuos sólidos
Residuos orgánicos
Residuos químicos
Escombros
Descargas de corrales
Residuos del matadero

9. Alternativas de tratamiento de
aguas residuales con base en la
biotecnología ambiental

10. Contaminante Fuente Prospectiva ambiental
Sólidos suspendidos
Uso doméstico, industrial y agua
infiltrada en la red.
Causa depósitos de lodo y condiciones
anaerobias en ecosistemas acuáticos,
disminución de oxigeno disuelto.
Compuestos orgánicos biodegradables
Residuos líquidos domésticos e
industriales
Cauda degradación biológica, que
incrementa la DBO y DQO en los
cuerpos receptores y ocasiona
condiciones indeseables.
Microorganismos patógenos Residuos domésticos Enfermedades en la población
Nutrientes Residuos domésticos e industriales Eutrofización
Compuestos orgánicos refractarios Residuos industriales
Alteración de propiedades físicas como
el olor y el sabor, pueden ser tóxicos y
carcinógenos.
Metales pesados Residuos industriales, minería
Tóxicos, pueden interferir con los
sistemas de tratamiento y reúso del
efluente.
Sólidos inorgánicos disueltos Debido al uso industrial o doméstico
Interfieren con el posible reúso del
efluente.
Fuente: Sistemas de plantas de tratamiento de aguas residuales en Colombia. Universidad Nacional de Colombia,
Bogotá (2013).
Principales contaminantes de las aguas residuales

11. Contaminante Sistema de tratamiento Desinfección
Bacterias, protozoarios, virus y hongos Filtración
Hipoclorito de sodio, fotocatalizadores,
ozono o peróxido
Sólidos suspendidos y sedimentables
Coagulación con sulfato de aluminio o cal. Floculación con
poliacrilamidas aniónicas. Sedimentación y filtración.
Hipoclorito de sodio, fotocatalizadores,
ozono o peróxido
Fe y Mn
Enmascarantes a base de tripolifosfatos, oxidación por
cloración, oxidación con aire y ozono, coagulación y filtración,
biorremediación
Hipoclorito de sodio, ozono o peróxido. La
presencia de Fe y Mn puede interferir con
la fotocatálisis.
As
Oxidación con aire y ozono, coagulación con cal, coagulación
con compuestos de hierro, floculación con poliacrilamidas
aniónicas, fraccionamiento, clarificación y filtración,
biorremediación con plantas
Hipoclorito de sodio, ozono o peróxido.
Sistema Tinep.
Materia orgánica
Coagulación con sulfato de aluminio o cal, floculación con
poliacrilamidas aniónicas, sedimentación y filtración.
Hipoclorito de sodio, fotocatalizadores,
ozono o peróxido y radiación UV.
Dureza
Coagulación con cal, oxidación/coagulación/floculación/
Sistema TINEP, coagulación con compuestos de hierro o
calcio, floculación con poliacrilamidas aniónicas,
friccionamiento y filtración.
Hipoclorito de sodio, fotocatalizadores,
ozono o peróxido
H2S Modificación del pH, desgasificación y filtración
Hipoclorito de sodio, fotocatalizadores,
ozono o peróxido, radiación UV
Color, algas, humus, limos
Coagulación con sulfato de aluminio o cal, floculación con
poliacrilamidas aniónicas, sedimentación y filtración.
Hipoclorito de sodio, fotocatalizadores,
ozono o peróxido, radiación UV (si no
existen fenoles o compuestos aromáticos)
Metales Cr, Co, Li, Ni, Zn y otros
Biorremediación por fitorremediación, sistemas de humedales
y oxidaciones biológicas
Hipoclorito de sodio, ozono o peróxido
Plaguicidas y nutrientes Biorremediación, oxidación biológica y degradación enzimática
Fotocatalizadores, ozono o peróxido,
radiación UV
Fuente: Solar Safe Water. Tecnologías de tratamiento de aguas en Latinoamérica.
Sistemas de tratamiento de aguas según los contaminantes que contienen

12. Tratamiento (% remoción)
Primario Secundario Terciario
DBO 35 90 99.99
DQO 30 80 99.80
SS 60 90
N 20 50 99.50
P 10 60 variable
Fuente: reducción de la contaminación en agua residual industrial láctea utilizando
microorganismos benéficos
Niveles de remoción de los contaminantes según sea el tratamiento

13. Tratamientos
aerobios
Lodos activados
Filtros aerobios

14. Tratamientos
anaerobios
Ventajas
Desvetajas

15. Mecanismo de acción de las macrófitas acuáticas

16. Sistema de tratamiento con microalgas

17. Sistema de tratamiento por degradación biológica

18. PROBLEMÁTICA ASOCIADA A RELAVES
MINEROS

19. Problemática identificada
En la actualidad se reconoce a Antioquia como el departamento con el mayor grado de
contaminación en el mundo por causa de la minería ilegal. Los impactos de la minería son
más visibles en las subregiones del Bajo Cauca y el Nordeste Antioqueño. Según datos de la
Contraloría General de Antioquia (2017) de las 1643 explotaciones de minería ilegal en el
departamento, el 28% se desarrolla en el Bajo Cauca y el 49% en el Nordeste. Es una
situación que permea no solo la región, sino que se hace evidente en otras zonas del país,
siendo las poblaciones rurales las más afectadas.

20. Procesamiento generalizado para beneficiar minerales auríferos en Colombia
Fuente: Ministerio de Minas y Energía

21. Las autoridades estiman que las hectáreas de bosque destruidas por la
minería ilegal de oro en el Bajo Cauca antioqueño pueden compararse
con el área urbana de Bogotá. David Campuzano/ El Espectador

22. La minería a cielo abierto convierte ríos y tierras
fértiles en desiertos. Foto Bibiana Ramírez – Agencia
Prensa Rural.

23. Terrenos afectados por prácticas mineras en el río Nechí, uno de los
más explotados en la región, junto con el río Cauca
Foto: Néstor López / Archivo EL TIEMPO

24. Fotografía captada con un dron de EL TIEMPO que muestra el daño
en Cuturú, Caucasia. EL TIEMPO

25. En Cuturú, corregimiento del Bajo Cauca antioqueño, en medio de la
aridez, lagunas de mercurio, cianuro y gasolina que alcanzan los 12
metros de profundidad son el rastro de la minería ilegal. Foto: Carlos
Ortega y Milton Díaz.

26. Desierto de arenas muertas y lagunas de mercurio más grande que
Caucasia, municipio considerado la capital del Bajo Cauca antioqueño a
orillas del río Nechí. Región del Parque Natural Paramillo. Fuente:
Instituto Geográfico Agustín Codazzi (Igac).

27. Reportes indican que en la actualidad 40.780 hectáreas están destinadas
a la extracción ilegal de oro en Chocó, uno de los departamentos con
ecosistemas más fragiles del mundo. Foto: Mauricio Moreno

28. RELAVES
MINEROS
Drenajes
Ácidos de
Mina -
DAM
Mercurio
Cianuro
Arsénico
Relaves Mineros

29. Mercurio
Mercurio
elemental Hg
Mercurio
inorgánico
Hg2 o HgS
Metil
mercurio
CH3Hg

30. Impactos en la salud y el ambiente
Residuos Generación Impacto en la salud humana Impactos sobre el ambiente Alternativa de tratamiento
Mercurio
Extracción de
oro con
formación de
amalgama.
Mercurio elemental Hg
Trastornos neurológicos y de
comportamiento, incluyendo los
temblores, responsabilidad emocional,
insomnio, pérdida de la memoria,
dolores de cabeza, efectos respiratorios
y cardiovasculares. Puede producir
también efectos hepáticos y sobre la
piel. Al ponerse en contacto con
un ambiente acuático,
el mercurio se transforma en
metilmercurio, un potente
neurotóxico que se acumula,
por medio de la cadena trófica,
en los peces y en los humanos y
fauna silvestre que de ellos se
alimentan. Se cree que el
metilmercurio es uno de los
seis peores contaminantes del
planeta.
Transformación enzimática con:
Reductasa mercúrica (Bacterias Gram negativas y
levaduras como: Cryptococcus spp)
Pseudomonas aeruginosa, proteína periplasmática
MerP
Biorremediación con:
Shewanella oneidensis, Chlamydomonas
reinhardtii, Trichoderma harzianum, Enterobacter
sp., Bacillus cereus,
Compuesto inorgánico
Hg2 o HgS
La exposición elevada a los compuestos
inorgánicos de mercurio puede causar
daños al sistema nervioso y los riñones.
Fitorremediación con:
Lemna minor L., Limnocharis flava, Thalia
geniculata,
Typha latifolia
Formación de HgS insoluble con Clostridium
cochlearium
Compuesto orgánico
CH3Hg
Bioacumulativo. Los animales acumulan
metil-mercurio más rápido de lo que
pueden excretarlo, se produce un
incremento sostenido de las
concentraciones en la cadena trófica por
tanto se da el fenómeno de bio-
magnificación
Demetilación del mercurio
Degradación por bacterias metanogénicas
Sulforeducción del mercurio (bacterias
sulforreductoras)
Biorremediación con:
Pseudomonas sp., Psychrobacter sp., Pseudomonas
baleárica, Pseudomonas putida V1, Pseudomonas
fluorescens, Enterobacter cloacae,
Citrobacter braakii, Alcaligenes faecalis

31. Impactos en la salud y el ambiente
Residuos Generación
Impacto en la salud
humana
Impactos sobre el ambiente Alternativa de tratamiento
Cianuro
Proceso de
cianuración por
precipitación,
fundición y
refinación
El cianuro libre es tóxico
por inhalación o
ingestión en una
cantidad entre 50 y 200
mg.
La forma más tóxica del
cianuro es el HCN
gaseoso.
Los receptores ecológicos o ambientales más
afectados por el cianuro son mamíferos,
reptiles, anfibios, aves silvestres migratorias,
peces y otros integrantes de la vida acuática.
Degradación microbiológica:
Acidithiobacillusferroxidans,
Sulfobacillusthermosulfidooxidans,
Alicyclobacillustolerans,
Scenedesmusobliquus,
P. pseudoalcaligenes, P. putida, P.stutzeri
y
Pseudomonassp.
Arsénico
Residuos de mina y
efluentes
Problemas
gastrointestinales y
diabetes.
El contacto continuo
puede llegar a producir
cáncer.
Los compuestos inorgánicos del arsénico son
los más tóxicos y aparecen, sobre todo, en
aguas, donde se encuentran principalmente en
forma de pentóxido de arsénico (As2O5) o
trióxido de arsénico (As2O3).
Tratamiento de escorodita, tratamientos
con arsenito y arseniato de calcio.
Tratamiento biológico por
transformación de arsénico por Bacterias
Ralstonia eutropha MTCC
Thiomonas arsenivorans str.,
Enzima Arsenito Oxidasa
Otro método para eliminar el arsénico del
agua consiste en oxidar el As (III) a As (V).
Para conseguir esto se puede utilizar
peróxido de hidrógeno. A continuación se
puede hacer un tratamiento tipo
coagulación/floculación,
oxidación/filtración, intercambio iónico,
aluminio activado, osmosis inversa, entre
otro.
Drenaje
ácido
Oxidación de
sulfuros (presentes
en minerales) y
reacción con agua
Problemas de salud
crónicos asociada al
consumo de agua no
apta
Disminución de la calidad del agua, causa
daños ecológicos, alterando o eliminando
comunidades biológicas, deterioro del paisaje,
entre otros.
Humedales o wetlands, neutralización y
precipitación

32. Alternativas de tratamiento con base en
biotecnología ambiental
Para el tratamiento de relaves de mercurio suele emplearse la degradación del metil
mercurio por la acción de bacterias metanogénicas con base en el siguiente mecanismo
químico:
Otros métodos bioquímicos para la transformación del mercurio consisten en:
- La metilación del Hg(II) con base en la transferencia del metil a través de la ruta del la acetil
coenzima A en bacterias sulforreductoras
- Demetilación del metil mercurio
- Reducción biológica del Hg(II) con base en reductasas de mercurio bacterial y rutas indefinidas
de crecimiento de algas
- Oxidación biológica de Hg por hidroxiperoxidasas en microorganismos, plantas y animales

33. Tratamiento biológico de relaves de cianuro
Para la degradación biológica del cianuro suelen
emplearse reacciones hidrolíticas con base en el
uso de enzimas como hidratasas de cianuro,
hidratasa de nitrilo y cianidasa nitralasa,
reacciones oxidativas con base en la
implementación de enzimas como la
monoxygenasa de cianuro y la dioxigenasa de
cianuro, reacciones de sustitución con base en
el uso de sintasacianoalanina tiosulfato,
reacciones de reducción mediante nitrogenasas
y la biodegradación mediante la ruta del
carbonilo y la ruta del cianato. (Ebbs, 2004). Es
importante mencionar que algunas especies de
hongos y bacterias tienen la capacidad de
asimilar el cianuro y emplearlo como fuente de
nitrógeno y carbono para los procesos
metabólicos.

34. Procesos de biooxidación y biolixiviación
La biolixiviación consiste en la disolución de minerales, principalmente los
constituidos por sulfuros, por la acción de microorganismos bacterianos los
cuales lixivian los minerales y los solubilizan mediante metabolismo
energético. Desde el punto de vista de la biominería, la biolixiviación
consiste entonces en la utilización de bacterias para la recuperación de
metales de interés económico.

35. Procesos de biooxidación y biolixiviación
El proceso de biomineria actual por biolixiviación se orienta a la obtención de oro, cobre y uranio.
En la extracción de oro mediante la lixiviación de minerales sulfurosos como la pirita y la calcopirita,
suelen emplearse microorganismos quimiolitoautótrofos constituidos por bacterias con la capacidad
de metabolizar minerales, las más comunes son las Acidithiobacillus ferrooxidans, cuyas
características principales son:
-Es quimilitotrofa
-Son Gram negativa
-Naturaleza autótrofa y aerobia
-Vive en pH ácidos (óptimo entre 1.5 – 2.5)
-Son termófilos (óptimo entre 45 – 50°C)
-Extremófilos
-Posee flagelos polares que le dotan de movilidad
-No produce endoesporas
-Posee su capacidad oxidativa gracias a la enzima hierro – oxidasa
-Capaz de oxidar compuestos azufrados

36. Conclusiones
El agua es vital para la subsistencia de los seres vivos del planeta por lo que se deben
generar procesos que permitan su protección y cuidado.
La planificación territorial debe tener en cuenta que el recurso hídrico es el generador de
vida y el precursor de desarrollo de la sociedad por lo que se debe garantizar la
sostenibilidad en el uso de este recurso y sus fuentes generadoras.
El tratamiento de aguas residuales no solo se debe convertir en una opción se debería
garantizar su aplicación en todos los territorios para la protección de las cuencas
hidrográficas.
La biotecnología es un medio que permite el tratamiento de aguas residuales sin provocar
efectos adversos en el ambiente.
Existen muchas alternativas de tratamiento de aguas residuales, sin embargo la elección
de estas debe ser acorde a las características fisicoquímicas del agua que se desea tratar.

37. Conclusiones
La aplicabilidad en Colombia del uso de los procesos biotecnológicos anteriormente
presentados para el control de la contaminación producida por la minería del oro,
depende de un gran número de factores tanto económicos, técnicos y culturales.
Es necesario que la implementación de esta tecnología se promueva desde lo conceptual
para que pueda ser aplicada en pruebas piloto y luego llevada a la práctica.
Lo que se busca es emplear los conceptos de las técnicas de recuperación del oro para
abordar el tratamiento de una problemática específica como es la amalgamación y la
cianuración del mineral de oro.
De acuerdo a la literatura consultada, existe un mayor conocimiento sobre el cianuro que
el mercurio en cuanto a su biodegradación y tecnología aplicable.
Actualmente existen tecnologías mas limpias que permiten desarrollar esta labor
generando un menor impacto ambiental.

38. Referencias Consultadas
Azcue, J. M., & Nriagu, J. O. (1995). Impact of abandoned mine tailings on the arsenic concentrations in Moira Lake, Ontario. Journal of
Geochemical Exploration, 52(1-2), 81-89.
Aduvire, O. (2006). Drenaje ácido de mina generación y tratamiento. Instituto Geológico y Minero de España Dirección de Recursos
Minerales y Geoambiente.
Carro de Diego, L. M. (2010). Eliminación de mercurio de efluentes acuosos con materiales de bajo coste: proceso combinado de
bioadsorción-reduccióneliminación de mercurio de efluentes acuosos con materiales de bajo coste: proceso combinado de
bioadsorción-reducción.
Defensoría del Pueblo Colombia. (2015). La minería sin Control “Un enfoque desde la vulneración de los derechos humanos”.
Deza, N. (2002). Oro, Cianuro y Otras Crónicas Ambientales: En busca de una minería ambientalmente responsable. Editorial
Universitaria UNC Cajamarca-Perú Copyright.
Eugene, W. W. L., & Mujumdar, A. S. (2009). Gold extraction and recovery processes. Minerals, Metals, and Materials Technology
Centre, National University of Singapore.
Ebbs, S. (2004). Biological degradation of cyanide compounds. Current opinion in Biotechnology, 15(3), 231-236.
Módulo Electiva I: Biotecnología Ambiental. Unidad 2 de biotecnología ambiental. Maestría en desarrollo sostenible y medio ambiente.
Universidad de Manizales.
Mejía, J., Carrizales, L., Rodríguez, V. M., Jiménez-Capdeville, M. E., & Díaz-Barriga, F. (1999). Un método para la evaluación de riesgos
para la salud en zonas mineras. salud pública de méxico, 41, S132-S140.
Logsdon, m. J., hagelstein, k., & mudder, t. I. (2001). Manejo del cianuro en la extraccion oro.
Quispe, l., del carm en, a., rteaga, a., cárdenas, d., lópez, l., santelices, c., … cabrera, s. (2011). Revista boliviana de química eliminación
de cianuro mediante sistema combinado uv/h 2 o 2 /tio 2. Volumen, 28(2). Retrieved from
http://www.scribd.com/bolivianjournalofchemistry

39. Gracias
Maestría en Desarrollo Sostenible y Medio Ambiente
MÓDULO: Electiva I Biotecnología Ambiental
Ángela María Benavides Rosero
Edith Amanda Tipaz Tipaz
Vladimir Gaviria González
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