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Presentado por:

Josué García

Róger Midence

Carrera:

Ingeniería en Calidad Ambiental.

Katia Montenegro PhD.

Managua, Nicaragua 10 de Julio del 2014

Presentación avance: Biolixiviación de metales y metaloides por organismos

autóctonos y bioaumentados en sitios mineros contaminados. Estudio de caso: Santo Domingo, Chontales.

Dentro del marco del Proyecto “Remediación de sitios contaminados: investigación y educación” (BIOREMhttp://biorem.univie.ac.at/), implementado y financiado por el Programa de asociación Austríaco de la educación superior e investigación para el desarrollo (APPEAR/ADC-OeAd/LAI)

Nicaragua posee yacimientos minerales relevantes y de importante valor económico, los cuales aportan sustento a las comunidades inmersas dentro sus límites mineros, sin embargo, en las últimas décadas éstas actividades mineras se han posicionado como las principales fuentes de contaminación para los recursos naturales de estas localidades.

Las actividades mineras a escala artesanal, implica la extracción de metales preciosos (especialmente oro) mediante un amalgamiento del mineral junto a un agregado químico, principalmente mercurio (Hg), o mezclándose con Cianuro (CN). El producto residual generado en la molienda o “lama” se deposita en cercanías al lugar o “Rastras/arrastras” expuestas a escorrentías que lo transportan a fuentes de aguas u otros reservorios como suelo de diversos usos potenciales.

Introducción

ÁREA DE ESTUDIO

PROBLEMÁTICA

Problemática

actual.

Generación de divisas por explotación minera:

Afectación

Metales y metaloides en suelos con diversos usos potenciales.

Metales y metaloides presentes en la atmósfera en forma volátil.

Metales y metaloides en cuerpos de agua.

BIOTA

SALUD PÚBLICA

INCORPORACIÓN

Objetivo general: Evaluar el potencial de biolixiviación autóctono e inoculado de metales pesados en sitios contaminados en la región minera de Santo Domingo, Chontales.

Objetivos específicos

• Determinar la eficiencia de lixiviación fungal autóctona e inoculada (bioaumentada) en base al porcentaje de remoción por percolación de metales de dos sedimentos contaminados y uno de referencia en la región minera de Santo Domingo, Chontales.

• Relacionar la eficiencia de lixiviación fungal con algunas propiedades biológicas a monitorear durante los experimentos como son la producción de ácidos orgánicos ( acético, oxálico, propiónico y succínico) y la actividad enzimática (lipasa-esterasa) de los sedimentos bajo estudio.

• Relacionar la eficiencia de lixiviación fungal con algunas propiedades fisicoquímicas como el pH y la textura y la concentración inicial de metales totales y lixiviables o biodisponibles (Agua destilada, CaCl2 0.01 N y NH4NO3 1M) en los sedimentos bajo estudio.

• Optimizar el tiempo de percolación, contenido de carbohidratos (melaza) y volumen de líquido de percolación (agua) necesario para favorecer el proceso de biolixiviación en los sedimentos bajo estudio

• Identificar las especies autóctonas que conforman las comunidades fungales de los sedimentos bajo estudio por medio de la técnica de PCR.

OBJETIVOS

Fases secuenciales de la minería artesanal

Exploración

Desarrollo

Explotación

Cont. Fases del proceso

Extracción del mineral

Disposición de relaves:

Rehabilitación y cierre:

Impacto a la salud humana y ambiental

Impacto ambiental a la atmosfera. Inhalación de vapores de mercurio en la etapa de recuperación del mismo.

Impacto ambiental a los suelos y su diversidad: Biodisponibilidad.

Impacto ambiental al recurso hídrico (Río Mico, biodisponibilidad).

El suelo resulta alterado por

aumentar el contenido traza

de metales pesados

volviéndolos “magnificados”

como son el Cadmio, Cromo,

Plomo, Bario y Zinc.

ALTERNATIVA

Una alternativa de remediación para sitios contaminados por metales y metaloides es la

Biolixiviación, técnica que consiste en emplear microorganismos tanto fúngicos o

bacterianos que permiten transformar metales y metaloides a especies solubles o más

fácilmente extractables mediante la producción de metabolitos de bajo peso molecular,

sobre todo ácidos orgánicos.

.

Biolixiviación como técnica de remediación.

Definición

Mecanismo de Biolixiviación (Ácidos Orgánicos)

Ventajas de Biolixiviación

Condiciones que influyen

Diseño experimental

Muestreo

•Sedimento botadero y sedimento del río

Caracterización

• Físico-química y contenido de metales y metaloides de muestras

Microbiología

• Aislamiento, cultivo e identificación de Hongos autóctonos

4-Optimización del Método

•Duración, flujo de molasa y agua de lixiviación, cantidad de sustrato, estado del sustrato.

Estandarización

• De metodología analítica para estimación de la actividad enzimática (cantidad de muestra, caracterización de melaza a utilizar (humedad-Solidos% y clarificación),

optimización método de HPLC (solvente, curva)

Fase experim

ental

• Montaje de los percoladores (control abiótico y 3 réplicas)

Diseño experimental

a) Biolixiviación fúngica Autóctona de residuos mineros del botadero la estrella.

b) Biolixiviación fúngica autóctona de sedimento del río aledaño al Botadero La Estrella

c) Biolixiviación fúngica Bioaumentada de residuos mineros del Botadero La Estrella

d) Biolixiviación fúngica Bioaumentada de sedimento del rio aledaño al Botadero La

Estrella

• El Método de Biolixiviación empleado es el propuesto por Shinner (2005)

Cada fase de experimentación consiste de cuatro percoladores en los que se disponen:

No. de Percolador Código Identificación de

muestra

Percolador 1 P1

Control abiótico

(lixiviación abiótica o

“natural”)

Percolador 2 P2

Muestra de suelo 1

(Lixiviación biológica

fungal)

Percolador 3 P3

Muestra de suelo

duplicado (Lixiviación

biológica fungal)

Percolador 4 P4

Muestra de suelo

Triplicado (Lixiviación

biológica fungal)

Diseño experimental

Materiales Equipos:

Bombas

peristálticas

Bombas de

vacío

Percoladores

15g de Aserrín.

15g de Bagazo

150g de muestra

Diseño experimental (cont.)

Diseño experimental (cont.)

Monitoreo de Contenido de Metales y metaloides en suelo y lixiviado Mediante uso del equipo ICP-OES (Induced coupled plasma-Optic

Emission Spectrophotometer)

Hipótesis: Las concentraciones de metales y metaloides en suelo irán decreciendo, mientras que en el eluente irán aumentando.

Diseño experimental (cont.) Monitoreo de Actividad Lipasa-Esterasa:

Método colorimétrico de Margesin (2002). p-NPB como sustrato que mediante hidrólisis enzimático se libera pNP. Hipótesis: A medida que los metales y metaloides sean removidos del suelo, la actividad enzimática aumentará, pues no habrá estrés (alta concentración de metales) que limite las funciones enzimáticas del mismo.

Diseño experimental (cont.)

Monitoreo de Ácidos orgánicos a través del equipo HPLC (High Performance Liquid Chromatografy). Método: HPLC para ácidos orgánicos. Columna AMINEX-HPX 87H, flujo 0.6 mL/min, temperatura de columna 41 °C, longitud de onda 210 nm. Eluente H2SO4 al 4mM Hipótesis: Los hongos presentes en el suelo pueden generar ácidos orgánicos para movilizar los metales incluidos en la matriz del suelo, los cuales pueden ser detectados por HPLC.

RESULTADOS PRELIMINARES

Contaminante

/Sustancia

Norma canadiense

Suelo natural Agricultura Residencial Comercial Industrial

Arsénico 4.422 12 12 12 12

Bario 592.370 750 500 2000 2000

Berilio - - - -

Cadmio 2.680 1.4 10 22 22

Cromo 5.856 64 64 87 87

Cobre 150.197 63 63 91 91

Plomo 1018.427 70 140 260 600

Mercurio 9.728 6.6 6.6 24 50

Níquel 6.786 50 50 50 50

Selenio 1.137 1 1 3.9 3.9

Talio 2.844 1 1 1 1

Vanadio 56.661 130 130 130 130

Zinc 228.433 200 200 360 360

Caracterización inicial del sedimento Botadero La Estrella enfocado en contenido de metales y metaloides comparados con la Norma Internacional

Canadiense.

• De los flujos de 20, 10, 15 ml/h evaluados, el de 15 mL/ resultó el mas optimo

• El experimento duró 10 días. De acuerdo a resultados de contenido de Metales, en el 8º día se alcanzó la máxima. Se decidió prolongar la duración a 16 días

• Se observó necesario tratar el sustrato complejo, tamizarlo, ya que fue uno de los principales interferentes.

• Por razones económicas, el muestreo se decidió hacer cada 4 días (muestras de 0, 4, 8, 12 y 16° días) y no cada 2 días.

• En el método de actividad enzimática se hizo pruebas empleando 0.1 g y 0.2g. La curva de calibración de mayor correlación resultó con 0.1g de muestra

• Se estimó el % de Sólidos de la melaza mediante el método de “Secado de arena en vacío” resultando un valor promedio de 82% . El método de biolixiviación indica un % de Solidos menor del 75%.

Resultados de Optimización y estandarización de metodología analítica

0

5

10

15

20

25

30

35

0d 4d 8d 12d 16d

Act

. En

z. (

mg

pN

P/g

su

elo

)

Dias de Biolixiviación

Actividad Enzimatica Botadero La Estrella

Control Abiótico

P2

P3

P4

0

5

10

15

20

25

0d 4d 8d 12d 16d

mg

pN

P/g

su

elo

Días de Lixiviación

Promedio Bot. La Estrella

Ctrl. Abiótico Bot. La Estrella

pH del Lixiviado

5,96

5,03 5,01

4,19 4,3

4,19 4,13 4,07

3,5

4,5

5,5

6,5

0d 2d 4d 6d 8d (Repet.) 12d 14d 16d

Un

idad

es d

e p

H

Días de Percolación

Comportamiento del pH en todos los percoladores

P1 P2 P3 P4

Ácidos Orgánicos Identificados por HPLC

Acido Oxálico

Acido Succínico

Acido Propiónico

Acido Acético

0,00

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0 4 8 12 16 20

mg

lixiv

iad

os

Días

Plata

Control Abiótico

P2

P3

P4

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

0 4 8 12 16 20

mg

lixiv

iad

o

Días

Oro

Control Abiótico

P2

P3

P4

0,00

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

0 4 8 12 16 20

mg

lixiv

iad

o

Días

Cadmio

Control Abiótico

P2

P3

P4

Comportamiento de metales lixiviados vs Tiempo

0,0000

0,5000

1,0000

1,5000

2,0000

2,5000

3,0000

0 4 8 12 16 20

mg lix

ivia

do

Días

Cobre

Control Abiótico

P2

P3

P4

0,0000

5,0000

10,0000

15,0000

20,0000

25,0000

30,0000

0 4 8 12 16 20

mg lix

ivado

Plomo (Pb)

Control Abiótico

P2

P3

P4

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

0 5 10 15 20

mg lix

ivia

do

Días

Zinc

Control Abiótico

P2

P3

P4

Contenido Total de metales y metaloides

lixiviado

0

5

10

15

20

25

Control Abiótico

P2 P3 P4

V 292.402

Ni 231.604

Hg 253.652

Cu 327.395

Cd 226.502

Au 242.794

Ag 328.068

0,000

10,000

20,000

30,000

40,000

50,000

60,000

70,000

80,000

90,000

100,000

Control Abiótico

P2 P3 P4

Zn 213.859

Pb 220.353

Ba 455.403

Contenido Total de metales y metaloides

lixiviado

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

P1-0d

Concentr

ació

n (

mg/Kg)

Origen del sedimento

Concentraciones de metales iniciales P1

Cd 226.502

Cr 267.716

Ni 231.604

Se 196.027

Tl 190.794

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

P1-16d

Concentr

ació

n (

mg/Kg)

Origen del sedimento

Concentración de metales en el último día Control abiótico

Cd 226.502

Cr 267.716

Ni 231.604

Se 196.027

Tl 190.794

0

2

4

6

8

10

12

P2-0d

Concentr

ació

n (

mg/Kg)

Origen del sedimento

Concentración de metales en el primer día P2

Cd 226.502

Cr 267.716

Ni 231.604

Se 196.027

Tl 190.794

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

P2-16d

Concentr

ació

n (

mg/Kg)

Origen del sedimento

Concentración de metales en el último día P2

Cd 226.502

Cr 267.716

Ni 231.604

Se 196.027

Tl 190.794

Contenido Total de metales y metaloides en

suelo

0

2

4

6

8

10

12

P3-0d

Concentr

ació

n (

mg/Kg)

Origen del sedimento

Concentración de metales en el primer día P3

Cd 226.502

Cr 267.716

Ni 231.604

Se 196.027

Tl 190.794

Contenido Total de metales y metaloides en

suelo (cont.)

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

p3-16d

Concentr

ació

n (

mg/Kg)

Origen del sedimento

Concentración de metales en el último día P3

Cd 226.502

Cr 267.716

Ni 231.604

Se 196.027

Tl 190.794

0

1

2

3

4

5

6

P4-16d

Concentr

ació

n (

mg/Kg)

Origen del sedimento

Concentración de metales en el último día P4

Cd 226.502

Cr 267.716

Ni 231.604

Se 196.027

Tl 190.794

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

P4-0d

Concentr

ació

n (

mg/Kg)

Origen del sedimento

Concentración de metales en el primerdía P4

Cd 226.502

Cr 267.716

Ni 231.604

Se 196.027

Tl 190.794

EFICIENCIAS DE BIOLIXIVIACIÓN EN SUSTRATO SÓLIDO

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Cd Cr Cu Hg Ni Pb Se Tl

Efic

ien

cia

de

rem

oci

ón

(%

)

Elemntos de interés

Comportamiento de las eficiencias entre el control abiótico y el promedio de los Percoladores 2,3 y 4

P1

promedios de perocoladores

Zn

0

20

40

60

80

100

120

Cu Au

Efic

ien

cia

de

rem

oci

ón

(%

)

Elementos de interes

Comportamiento de las eficiencias entre el control abiótico y el promedio de los Percoladores 2,3 y 4

P1 promedios de perocoladores

Ag

GRACIAS