Post on 10-Mar-2020
Powerpoint Templates
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