Aproximaciones biológicas y fisicoquímicas en el tratamiento de contaminantes: un resumen del aporte de la Universidad de los Andes¹

Biological and Physical-chemical Approaches for Pollutants Treatment: a Brief Review of the Universidad de los Andes Contribution

Jenny Dussán Garzón
Ph.D. Profesora asociada, Departamento de Ciencias Biológicas, Directora-Investigadora del Centro de Investigaciones Microbiológicas (CIMIC), Universidad de los Andes. Bogotá D.C., Colombia.
jdussan@uniandes.edu.co

Martha Josefina Vives-Florez
Ph.D. Profesora asociada, Departamento de Ciencias Biológicas, Investigadora del Centro de Investigaciones Microbiológicas (CIMIC), Universidad de los Andes. Bogotá D.C., Colombia.
mvives@uniandes.edu.co

Víctor Manuel Sarria
Ph.D. Profesor asociado, Departamento de Química, Director del grupo Procesos de Oxidación avanzada para la remediación ambiental (PROXAR), Universidad de los Andes. Bogotá D.C., Colombia.
vsarria@uniandes.edu.co

Oscar Fernando Sánchez Medina
M.Sc. Profesor instructor, Departamento de Ingeniería Química, Investigador del Grupo de Diseño de Productos y Procesos (GDPP), Universidad de los Andes. Bogotá D.C., Colombia.
osanchez@uniandes.edu.co

Luis Fernando Delgado
Ph.D. Profesor asistente, Departamento de Ingeniería Química, Investigador del Grupo de Diseño de Productos y Procesos (GDPP), Universidad de los Andes. Bogotá D.C., Colombia.
lf.delgado430@uniandes.edu.co

Sebastián Hernández Sierra
M.Sc. Profesor instructor, Departamento de Ingeniería Química, Investigador del Grupo de Diseño de Productos y Procesos (GDPP), Universidad de los Andes. Bogotá D.C., Colombia.
sebherna@uniandes.edu.co

Andrés Fernando González Barrios
Ph.D. Profesor asistente, Departamento de Ingeniería Química, Investigador del Grupo de Diseño de Productos y Procesos (GDPP), Universidad de los Andes. Bogotá D.C., Colombia.
andgonza@uniandes.edu.co

Recibido 21 de octubre de 2009, modificado 17 de diciembre de 2009, aprobado 10 de enero de 2010.

PALABRAS CLAVES
Bioremediación, micro-contaminantes, oxidación avanzada, hidrocarburos.

RESUMEN
Este resumen pretende dar una visión global de los aportes de la Universidad de los Andes en el tratamiento de aguas y suelos con la presencia de compuestos de difícil degradación o tiempo de vida media prolongado, tales como fármacos (Ciclofosfamida), lodos aceitosos y derivados de la industria del petróleo (Tolueno, Xileno, Fenol) derivados de la industria textil, química y pesticidas (Bisphenol A, AMBI, Glifosato, Isoproturon y Metobromuron), usando tecnologías ya sea basadas en procesos biológicos (biorremediación y bioadsorción) o de oxidación avanzada (foto-Fenton).

KEY WORDS
Bioremediation, micro-pollutants, advanced Oxidation, hydrocarbons.

ABSTRACT
This summary intends to give a global view of the Universidad de los Andes contributions related to the water and soil treatment in the presence of recalcitrant or long half-life aquatic pollutants such as drugs (Cyclophosphamide), oil sludge and petroleum (Toluene, Xylene and Phenol), textile, chemical (Bisphenol A, AMBI) and pesticides (Glyphosate, Isoproturon, and Metobromuron) industry derived products based on biological (bioremediation and bioadsortion) and advanced oxidation (Photo-Fenton) approaches.

INTRODUCCIÓN

La contaminacion ambiental de ecosistemas que comprometen suelo, agua y aire son causados directa o indirectamente por los grandes centros urbanos. El derrame de petroleo, los pasivos ambientales generados durante la operacion de extraccion del mismo, la presencia de micro-contaminantes, tales como farmacos, y compuestos derivados de la industria, tales como tintas, son unos pocos ejemplos del amplio espectro, no solo en cantidad sino tambien en escala del tipo de contaminantes que Colombia necesita enfrentar en la proxima decada. La Universidad de los Andes, consciente de la problematica, ha prestado atencion a las dificultades que se avecinan tratando de salir del paradigma del uso de sistemas convencionales de tratamiento de efluentes de alta carga organica (aguas residuales domesticas) para proponer tecnologias que sean utiles en el tratamiento de compuestos recalcitrantes, los cuales pueden presentar menores emisiones pero cuyo el impacto ambiental puede ser igual o mayor que las fuentes de contaminacion tipicas. Estas tecnologias estan basadas en aproximaciones biologicas (biorremediacion o bioadsorcion) o fisicoquimicas (procesos de oxidacion avanzada). El proposito de este resumen es el de describir de manera breve el trabajo de la Universidad de los Andes relacionado con el tratamiento de micro-contaminantes, hidrocarburos, metales pesados y derivados de la industria textil, con el objetivo de aumentar la red de trabajo tanto institucional como nacional e internacional. Es de esperarse que en cualquier resumen queden esfuerzos sin nombrar; por tanto, los autores piden disculpas por omitirlos y dejan claro que el acto no es intencional.

LA PROBLEMÁTICA DE LOS MICRO-CONTAMINANTES

Recientemente, se presta una atencion creciente a la presencia de micro-contaminantes en el medio acuatico y en las plantas de tratamiento de aguas residuales. Los micro-contaminantes son un tipo de contaminacion que pueden afectar el medio ambiente, incluso en bajas concentraciones. A menudo estan presentes en el medio acuatico en concentraciones muy bajas (μg/l, ng/L) en comparacion con otros contaminantes (mg/L). La presencia de micro-contaminantes en el medio acuatico en su forma inicial o metabolizada porta el doble problema de la cuantificacion de su toxicidad y las posibles formas de su eliminacion. Hoy, esta preocupacion no esta sujeta a ninguna legislacion ni en Colombia ni en cualquier otro lugar del mundo; incluso algunos paises desarrollados estan empezando a mostrar interes (Ejemplo: la mision de la Agencia Francesa de Seguridad Sanitaria de Medio Ambiente y trabajos en curso sobre el cancer, AFSSET). Los micro-contaminantes abarcan una gran familia de compuestos quimicos ampliamente utilizados en las ciudades (hospitales, hogares, industria) tales como detergentes, productos de limpieza, aditivos para plasticos, hidrocarburos, plaguicidas, herbicidas, cosmeticos, perfumes, medicamentos, hormonas y sus metabolitos. Una atencion especial es prestada a los compuestos farmaceuticos dada su especificidad: estos son puestos en el mercado despues de una rigurosa seleccion y se comercializan los compuestos biologicamente mas activos. Para algunos medicamentos, los niveles de consumo por pais no superan unos pocos cientos de kilogramos, para otros, sin embargo ascienden a cientos o miles de toneladas [1].

El riesgo potencial asociado a la presencia de productos farmaceuticos a concentraciones bajas en medios acuaticos es actualmente un tema de debate. Hasta el momento, no existen reportes sobre el estudio in situ que permitan evaluar objetivamente el rol de la presencia de medicamentos sobre perturbacion de organismos o de comunidades, salvo en el caso de hormonas esteroides en medio acuatico; sin embargo, no se puede excluir, sobre la base de conocimientos actuales, que a largo termino, la presencia continua de moleculas farmaceuticas en los ecosistemas acuaticos y terrestres no sean una fuente de peligro [1]: la exposicion cronica a estos compuestos puede afectar una variedad de organismos en diferentes estados de desarrollo, para los cuales no se conoce ninguna accion farmacologica.

La presencia de compuestos farmaceuticos en diversas matrices acuaticas ha sido reportada en varios estudios [2, 3, 4, 5]. La mayoria de los tratamientos biologicos de aguas residuales no son capaces de eliminar efectivamente estos compuestos farmacologicamente activos [6]. Esto, sumado a una deficiente eliminacion de medicamentos caducados, contribuye a la contaminacion de los ambientes acuaticos de agua dulce con productos farmaceuticos [5]. Por otra parte, el hecho de que estas moleculas estan continuamente vertidas en el medio acuatico les confiere una aparente persistencia incluyendo aquellos con una vida media corta [4, 5]. La eliminacion de estos compuestos, en particular para el tratamiento de agua potable, es dificil y costosa. Por lo tanto, es necesario considerar otras formas de tratamiento mas eficaces para eliminarlos [2].

En la actualidad, varios estudios son llevados a cabo para analizar y optimizar la eliminacion de productos farmaceuticos por biorreactores con membrana (BRM). Un BRM resulta del acoplamiento entre el tratamiento biologico y una separacion liquido/solido a traves de una membrana. Los BRM suelen operar a altas edades de lodos y altas concentraciones de biomasa, lo que permite la intensificacion de los procesos biologicos y asi favorecer la eliminacion de los contaminantes con caracteristicas especificas, tales como su baja bio-degradabilidad y baja concentracion. La aplicacion de tecnologia de BRM para evaluar su potencial de degradacion de un medicamento contra el cancer, ha sido estudiada por el profesor Luis Delgado del Grupo de Diseno de Productos y Procesos (GDPP) [7, 8]. La molecula objetivo elegida durante este estudio, la ciclofosfamida (CP), se utiliza principalmente en los tratamientos del cancer y tiene propiedades genotoxicas de cualquier organismo individual o de vida [2]. La eliminacion de la CP y de su metabolito 4-ceto-CP ha sido de un 80% para ambos compuestos. El estudio permitio demostrar la viabilidad de los BRM para tratar contaminaciones a bajas concentraciones que causan alteraciones en la biodegradacion.

Sin embargo, la remocion no es total, por lo que un tratamiento terciario es necesario si se precisa una completa eliminacion de la toxicidad de compuestos citostaticos.

DESARROLLOS EN PROCESOS DE BIORREMEDIACIÓN

BIORREMEDIACIÓN DE COMPUESTOS DERIVADOS DEL PETRÓLEO

En 1989 tras el derrame petrolero del buque Exon Valdes en Alaska, la biorremediacion de suelos y aguas contaminadas con pasivos y activos ambientales ha tenido como eje fundamental el conocimiento y utilizacion de la diversidad de microorganismos, tanto de bacterias como de hongos, para bioprospectarlos como candidatos en tecnologias limpias y amigables con los diferentes ecosistemas donde ellos se encuentran. [9].

Es asi como en Colombia, en los diferentes pisos termicos (desde zonas de los Llanos Orientales, pasando por la Orinoquia, por la zona sur y por la costa Atlantica), el Centro de Investigaciones Microbiologicas-CIMIC, particularmente el grupo de Microbiologia Ambiental y Bioprospeccion (MAB) ha aislado durante mas de 15 anos microorganismos de ambientes contaminados con niveles mayores de 400.000 ppm de hidrocarburos totales petroleo (TPH´s) en lodos aceitosos provenientes de la industria petrolera [9, 10, 11].

El potencial de biodegradacion de los diferentes compuestos de hidrocarburos del petroleo como tolueno, xileno, fenol, naftaleno, diesel, gasolina entre otros [12], ha sido determinado por tecnicas cualitativas y cuantitativas utilizando tecnicas como presion de seleccion con sustrato limitante y cromatografia de gases. Todos los trabajos se han complementado con herramientas moleculares, de tal forma que la determinacion por PCR de los genes responsables de las rutas catabolicas [13] y determinacion de proteinas implicadas en el proceso de degradacion [14], han llevado a la identificacion de un grupo relevante de microorganismos como Pseudomonas, Acinetobacter, Ralstonia, Bacillus, y Chrysobacterium, entre los mas diversos en terminos de riqueza y abundancia. De tal forma que la base de datos robusta de genes caracterizados, rutas metabolicas expresadas bajo sustratos especificos, ha sido la base fundamental para bioprospectarlos en primera instancia en pruebas piloto, de campo y, posteriormente, en zonas de tratamiento tanto intensivo como extensivo [15].Hoy por hoy, tres aislamientos del grupo Pseudomonas de la region de Tame, Arauca, son empleados continuamente en biorremediacion de lodos aceitosos y un consorcio de 10 bacterias pertenecientes a los grupos de Bacillus, Flavobacterium, Acinetobacter y Pseudomonas son bioaumentados y estimulados para tratamientos continuos de lodos aceitosos provenientes de crudo con grado °API pesado-medio y liviano (°API 12 hasta °API 35) en la region del Casanare [16, 17, 18]. Con estas dos metodologias, la bioremediacion ha sido exitosa en un plazo de 45 dias y una disminucion del contaminante de 400.000 ppm a limites inferiores a la norma colombiana (menos de 10.000 ppm).

Dado que generalmente los lodos aceitosos vienen acompanados de otros contaminantes como metales pesados, el CIMIC inicio hace seis anos una linea de investigacion en la tolerancia-resistencia de microorganismos a cuatro metales pesados que son los mas frecuentes en lodos aceitosos: Arsenico, Cromo, Plomo y Mercurio [19, 20, 21]. Por las tecnicas anteriormente descritas se logro caracterizar en algunos aislamientos sistemas de bombas de eflujo para cromo, canales de acumulacion en el caso particular del plomo, responsables de la resistencia a valores mayores de 5mM de acetato de plomo (Figura 1), proteinas implicadas en la adsorcion de mercurio, generando una resistencia de 35 mg/l de cloruro de mercurio, caracteristicas especificas de la membrana de bacterias como Bacillus sphaericus cepas CBA34 en tolerancia a arsenico, permitiendo tolerar concentraciones mayores de 200 mM de arsenato de sodio y proteinas asociadas a la pared y caracteristicas asociadas a la membrana en los grupos de bacterias pertenecientes a los generos Bacillus y Pseudomonas [20, 21]. Por lo tanto, la gran diversidad de microorganismos descrita en terminos de riqueza, abundancia y versatilidad metabolica muestran el potencial que tenemos en Colombia para implementar procesos de biorremediacion de compuestos aromaticos-alifaticos-poliaromaticos y de metales pesados, desarrollando asi una practica amigable con el ecosistema, sin necesidad de introducir especies foraneas o emplear otras tecnicas que actualmente se debaten como la desorcion termica que aumentaria la concentracion de CO₂ y, por ende, el efecto invernadero y el calentamiento global.

Figura 1. Microscopia electrónica de transmisión del aislamiento GNO4-Pseudomonas sp crecido bajo presencia de 30mM de plomo (A) y en ausencia del metal (B).

HONGOS EN BIORREMEDIACIÓN DE AMBIENTES CONTAMINADOS CON HIDROCARBUROS

Las bacterias han sido tradicionalmente los microorganismos escogidos para la remocion del ambiente de contaminantes tipo hidrocarburos del petroleo [22]. No obstante, la experiencia ha mostrado que las capacidades degradadoras de las bacterias mas frecuentemente reportadas se restringen en gran medida a alcanos y aromaticos simples, y deja intactos compuestos mas complejos y que permanecen como contaminantes en el ambiente [23]. Recientemente se ha propuesto el uso de hongos que, con sus extensas capacidades metabolicas, puedan realizar la degradacion de las fracciones recalcitrantes y pesadas del petroleo y de lodos aceitosos [24]. El Grupo de Microbiologia Ambiental y Bioprospeccion (MAB) de la Universidad de los Andes adelanta investigaciones que permitan aprovechar la diversidad microbiana nativa colombiana para realizar procesos de bioremediacion mas completa, al usar inoculos combinados y secuenciales de bacterias y hongos aislados de cada localidad. El MAB completa ya 20 anos de experiencia en bioremediacion con bacterias pero hace poco se inicio la exploracion de la diversidad de hongos nativos presentes en estos ambientes. Los datos preliminares obtenidos por el grupo, con la participacion de estudiantes de pregrado y maestria del Departamento de Ciencias Biologicas, son promisorios en diversidad y utilidad. A partir de tres zonas localizadas en el Casanare contaminadas con lodos de produccion de petroleo, se logro obtener un numero considerable de aislamientos de hongos que presentaban crecimiento activo en el suelo contaminado [25]. El microorganismo mas frecuente fue identificado como Aspergillus terreus, seguido por Paecilomyces spp. Las evaluaciones preliminares realizadas mostraron que la bioaumentacion de hongos nativos en sistemas microcosmos mejoro la remocion de hidrocarburos aromaticos y asfaltenicos; partiendo de valores iniciales cercanos a 35.000 ppm, los hidrocarburos aromaticos disminuyeron a 20.000 ppm en 31 dias de tratamiento, mientras que en los microcosmos controles (no bioaumentados) los valores de concentracion de aromaticos presentaron mayor variacion, detectandose hasta 28.000 ppm. Mas interesante fue la disminucion de hidrocarburos asfaltenicos, que disminuyeron de 20.000 ppm a cerca de 11.000 ppm, mientras que en los controles no biaumentados los valores minimos fueron de 15.000 ppm [25]. Tambien se ha obtenido evidencia de la capacidad de estos hongos para producir enzimas como lacasa y peroxidasa [25, 26], lo que pone de presente la importancia de estudiar a fondo estos organismos, especialmente teniendo en cuenta que las capacidades enzimaticas de los hongos son aplicables no solo a la degradacion de contaminantes sino tambien de residuos lignocelulosicos (de interes en produccion de biocombustibles de segunda generacion).

USO DE ENZIMAS PARA DEGRADACIÓN DE SUB PRODUCTOS INDUSTRIALES

En la linea de Biorremediacion, el GDPP ha evaluado la produccion de la enzima lacasa mediante el cultivo del hongo Trametes pubescens, hongo de la putrefaccion blanca. La lacasa es una enzima oxidoreductasa producida por muchos organismos, que se ha encontrado en plantas, bacterias, insectos y hongos [27]. Actualmente se emplea en la industria alimenticia, papelera y textil, se usa tambien en nanobiotecnologia, bioremediacion, sintesis quimica y cosmetica. Esta enzima se caracteriza por tener un centro catalitico conservado en todos los organismos, compuesto por cuatro atomos de cobre que le confieren color azul, propiedad que la hace perteneciente a la familia de las cuproproteinas azules. En la reaccion que cataliza, se produce agua a partir de oxigeno molecular y la oxidacion de un sustrato reducido. La especificidad de esta enzima en general es baja y puede utilizar muchos sustratos como fuente de electrones. Se ha reportado actividad sobre orto- y para- difenoles, amino-fenoles, poli-fenoles, poli-aminas, lignina y algunos iones inorganicos [28]. Una ventaja particular de la lacasa, observada durante el estudio del mecanismo de accion de la enzima es que, a pesar de tener un potencial redox inferior a algunas sustancias, puede modificarlas mediante el uso moleculas que actuan como transportadoras de electrones. Este mecanismo permite la degradacion de compuestos no fenolicos con un potencial redox superior al de la enzima. De esta manera, se amplia el rango de sustratos sobre los que puede actuar y permite ser aplicada en mas actividades como oxidacion de contaminantes organicos, desarrollo de biosensores y celdas de biocombustible [28].

Las lacasas son producidas como multiples isoenzimas [29]. Esta enzima se produce principalmente como metabolito secundario y de forma extracelular en la fase estacionaria de su crecimiento tras el agotamiento de nutrientes esenciales para el hongo, como la glucosa. Wong y Yu [30] encontro experimentalmente una relacion entre el agotamiento de glucosa y la formacion de lacasa en un cultivo del hongo de putrefaccion blanca T. versicolor, el cual produce pequenas cantidades de la enzima durante la fase de crecimiento en la que el microorganismo dispone de glucosa suficiente. En la medida que la glucosa es agotada, la produccion de lacasa se incrementa a 20 U L^-1. Una vez el hongo ha llegado a la fase estacionaria de su metabolismo y se ha agotado la glucosa, la concentracion de lacasa en el liquido de cultivo alcanza las 100 U L^-1. La especie T. pubescens presenta un comportamiento similar a T. versicolor en la produccion de lacasa durante las etapas de su metabolismo.

El empleo de residuos agroindustriales se ha difundido ampliamente como fuente de carbono para el crecimiento del hongo y la produccion de la enzima. Asi, se han reportado estudios empleando cascara de mandarina y banano, entre otros [31, 32, 33]. Dentro de los diferentes estudios realizados con la lacasa en la linea de Bioprocesos en la Universidad de Los Andes, se han evaluado residuos de la industria maderera y agroindustriales como el aserrin, la cascara de soya, la cascara de cafe y la tusa obtenida de la Palma de Aceite para la produccion de la enzima. Los resultados obtenidos hasta el momento muestran el aserrin y la cascara de soya como una alternativa para la produccion de la lacasa, al lograr actividades enzimaticas hasta de 750 U mL^-1 (Figura 2). Adicionalmente se ha evaluado la degradacion de compuestos clorofenolicos mediante el acople del proceso biologico con procesos de oxidacion avanzada empleando TiO₂/UV.

Figura 2. Perfil de actividad enzimática ( ) y concentración de glucosa (o) en un cultivo sumergido de T. pubescens empleando aserrín como residuo industrial.

LOS PROCESOS DE OXIDACIÓN AVANZADA: UNA ALTERNATIVA EN LA DEGRADACIÓN DE COMPUESTOS RECALCITRANTES

La legislacion actual y las acciones ambientales en el mundo ponen de manifiesto un enfasis mayor en la eliminacion de componentes organicos no deseados en el aire y en al agua. Sin embargo, las tecnologias utilizadas actualmente en las empresas que producen este tipo de desechos establecen unas condiciones de tratamiento que exigen el uso masivo de productos de neutralizacion, oxidacion y aglomeracion, por decir algunos, que las hacen poco sostenibles en el mediano plazo. Esto hace que las empresas no las apliquen constantemente y que muchas de ellas ni siquiera las implementen, lo cual genera, ademas del impacto ambiental, un problema de tipo etico, al diluir los efluentes en agua de proceso, si es acuoso o con las salidas de chimenea, si es gaseoso.

Los Procesos de Oxidacion Avanzada, POA, son metodologias relativamente nuevas, desarrolladas a partir del ano 1975 [34] y son procedimientos utiles como alternativas o complementos a tecnicas convencionales. Estas tecnologias se basan en metodos cataliticos quimicos, foto quimicos o electroquimicos que involucran la generacion de especies transitorias de gran poder oxidante, principalmente hidroxilos (OH×) que poseen un efecto muy alto en la oxidacion de la materia organica [35].

En Colombia, hasta el momento, se han hecho pocos estudios que tengan en cuenta efluentes reales para la degradacion por oxidacion avanzada; dichos estudios, se enfocan principalmente en: evaluacion de la degradacion de los compuestos, estudio cinetico, desarrollo de soportes para catalizadores, diseno de reactores, entre otros. Dentro de las investigaciones realizadas estan la degradacion fotocatalitica y el proceso foto- Fenton ya que ambas permiten realizar transformaciones en contaminantes toxicos poco susceptibles a la oxidacion para la posterior formacion de productos inorganicos [35]. Se ha comprobado que la degradacion fotocatalitica es efectiva y viable para la destruccion del contaminante con el catalizador TiO₂. Los procesos de fotocatalisis heterogenea permiten la transformacion de contaminantes sobre TiO₂ bajo la radiacion de luz UV [36]. Teniendo un proceso con luz UV y catalizador simultaneamente, se han alcanzando conversiones de casi el 100% [36].

Los pasos iniciales involucrados en la fotocatalisis, consisten en la generacion de pares electron-hueco por la excitacion del catalizador TiO₂ con luz UV-A. La absorcion de la luz permite que se produzcan transiciones electronicas, para asi degradar cualquier compuesto organico [37] y los huecos formados reaccionan para formar radicales hidroxilo (oxidacion). Las moleculas de oxigeno adsorbidas aceptan electrones (reduccion) previniendo la reduccion de la eficiencia cuantica del proceso [38]. El radical hidroxilo posee alta efectividad para la oxidacion de la materia organica, por ser una especie altamente reactiva contribuyendo a incrementar la velocidad de oxidacion [39].

El proceso foto-Fenton, el primer POA, se basa en la generacion de radicales hidroxilo en presencia de peroxido de hidrogeno e iones de Fe+2 en condiciones de pH acido y temperaturas moderadas. Las ventajas de este metodo son: el hierro (II) es abundante y no toxico, el peroxido de hidrogeno es sencillo de manipular y ambientalmente benigno y dada su corta vida media no se forman compuestos clorados ni existen limitaciones relativas a la transferencia de masa, por tratarse de un sistema homogeneo; por ultimo, el diseno de sistemas de reaccion para su aplicacion tambien es sencillo. En contraposicion, se requiere una adicion continua y estequiometrica de hierro y peroxido, lo que deriva en altas concentraciones de hierro que son muy complejas de remover, asi este compuesto no represente un problema ambiental. Este y otros factores asociados a la operacion, hacen que este proceso sea costoso, en comparacion a un sistema de tratamiento secundario (biologico) [40].

En el caso de la fotocatalisis, se ha demostrado que los costos de operacion y equipos para la degradacion fotocatalitica, resultan ser menores comparados con los tratamientos termicos y de adsorcion [41]. Sin embargo, ambos procesos pueden utilizarse como pretratamientos de un tratamiento secundario, lo que disminuiria los costos operativos asociados y permitirian que estos compuestos recalcitrantes, sean transformados en biodegradables.

En los estudios realizados hasta el momento por el GDPP y el grupo de Procesos de Oxidacion Avanzada para la Remediacion Ambiental (PROXAR), los POA han demostrado su efectividad en la degradacion de compuestos organicos volatiles en fase gas por fotocatalisis [42, 43], lo cual concuerda con los resultados obtenidos por el grupo de Procesos Industriales de la Universidad de Antioquia y el aumento de la biodegradabilidad en tintas por foto-Fenton [44].

Estos estudios estan hasta ahora en una etapa preliminar y uno de los obstaculos encontrados ha sido su escalamiento y evaluacion directa, debido principalmente a criterios economicos y de voluntad de trabajo por parte de los actores involucrados en la toma de decisiones. Lo anterior se fundamenta en que como los procesos tradicionales funcionan en la mayoria de rangos aplicados, son estos los que se normalizan y convalidan sin tener en cuenta las perdidas economicas asociadas a este tipo de tratamientos por parte de los empresarios que los implementan, que derivan en el no cumplimiento de la reglamentacion, las no conformidades en las certificaciones a que se tenga lugar o, en el peor de los casos, en la implementacion de practicas poco eticas con el fin de cumplir normativas.

El trabajo de PROXAR en el area ambiental se orienta al estudio de sistemas de oxidacion avanzada y su acople con tratamientos biologicos para el tratamiento de aguas contaminadas con compuestos no-biodegradables y toxicos [45]. Se destacan los trabajos realizados sobre los contaminantes de la industria quimica (degradacion de 97% de la concentracion inicial de soluciones acuosas de Bisphenol A) [46], de la industria textil (degradacion de 98% de la concentracion inicial del colorante AMBI y colorantes directos) [47, 48], pesticidas (degradacion superior al 90% de glifosato, isoproturon y metobromuron) [49, 50].

CONCLUSIONES

La investigacion interdisciplinaria desde la base biologica y quimica utilizando tecnicas no convencionales ha mostrado resultados prometedores para abordar en corto tiempo la implementacion en campo a nivel piloto y continuar con el desarrollo a nivel industrial. Por otra parte, las lineas de investigacion de cada uno de los tres grupos (CIMIC-MAB; GDPP Y PROXAR) que desarrollan proyectos transversales en conocimiento tanto a nivel basico como aplicado en bacterias, hongos y procesos fisicoquimicos permitira, por ejemplo, conocer rutas metabolicas puntuales de hongos promisorios para biorremediacion. Los resultados hasta ahora obtenidos son alentadores, se ha recorrido un largo camino que ha dejado un gran numero de experiencias; por ejemplo, un balance entre las dos tecnologias (biologicas o fisicoquimicas) permite afirmar que ambas presentan ventajas y desventajas y que cada problema debe ser abordado de manera diferente. Los procesos biologicos en general son tecnologias mas limpias que los fisicoquimicos (bajo algunas restricciones ambientales) pero, por otro lado, presentan percances desde el punto de vista catalitico ya que son mas sensibles a cambios medioambientales, lo que trae como consecuencia una disminucion en la conversion o nivel de mineralizacion de los contaminantes. Por otro lado los procesos fisicoquimicos son mas faciles de controlar debido a la simplicidad del grafo reactivo (comparado con el proceso biologico), por lo que se pueden alcanzar conversiones mas altas, sin embargo, estos procesos deben usar catalizadores que pueden generar problemas colaterales: su tratamiento.

NOTA AL PIE

1. Todos los autores aportaron en la misma proporcion en el articulo.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] M. Joyeux. “Residus medicamenteux et risques sanitaires d’origine hydrique”. Environ. Risques & Santé. Vol. 5, No. 4, juilletaout 2006, pp. 301-306.        [ Links ]

[2] M. Bernhard, J. Müller and T.P. Knepper. “Biodegradation of persistent polar pollutants in wastewater: Comparison of an optimised lab-scale membrane bioreactor and activated sludge treatment”. Water Res. Vol. 40, No. 18, October 2006, pp. 3419-3428.        [ Links ]

[3] I.J. Buerge, H.R. Buser, T. Poiger and M.D. Müller. “Ocurrence and fate of the Cytostatic Drugs Cyclophosphamide and ifosfamide in Wastewater and surface”. Water Environ. Sci. Technol. Vol. 40, No. 23, September 2006, pp. 7242-7250.        [ Links ]

[4] C. Daughton and T.A Ternes. “Pharmaceuticals and personal care products in the environment: Agents of subtle change?” Environ. Health Persp. Vol. 107, No. S6, December 1999, pp. 907-938.        [ Links ]

[5] E. Zuccato, D. Clamari, M. Natangelo and R. Fanelli. “Presence of therapeutic drugs in the environment”. Lancet Vol., Vol. 355, No. 9217, pp. 1789-1790.        [ Links ]

[6] S. Castiglioni, R. Bagnati, R. Fanelli, F. Pomati, D. Calamari, E. Zuccato. “Removal of pharmaceuticals in sewage treatment plants in Italy”. Environ. Sci. Technol. Vol. 40, No. 1, 2006, pp. 357-363.        [ Links ]

[7] L.F. Delgado, C. Dorandeu, B. Marion, C.V. Gonzalez, Faucet-Marquis, S. Schetrite, C. Albasi. “Removal of a cytostatic drug by a membrane bioreactor”. Desalination water treat. Vol. 9, 2009, pp. 1-7.        [ Links ]

[8] L.F. Delgado, S. Schetrite, C. Gonzales, C. Albasi. “Effect of cytostatic drugs on microbial behaviour in membrane bioreactor system”. Biores. Technol. Vol. 101, No 2, January 2010, pp. 527-536.        [ Links ]

[9] J. Dussán. “Biprospeccion de microorganismos natives de Colombia. Investigaciones del CIMIC”. Aproximación al estado actual de la Bioprospección en Colombia. Melgarejo, C. Editorial Cargraphics. S.A., 2002, pp. 217-225.        [ Links ]

[10] J. Dussán, P. Vargas, R. Cuellar. “Biorremediacion de residuos de petroleo”. Hipótesis, Apuntes Científicos Uniandinos. Vol. 2, 2004, pp. 42-49.        [ Links ]

[11] M.L. Gómez, C. Hurtado, J. Dussán, J. P. Parra, S. Narváez. “Determinacion de la capacidad de degradacion de compuestos organicos persistentes por bacterias marinas aisladas de sedimentos en el Caribe colombiano”. Actual Biol. Vol. 28, No. 85, 2006, pp. 115-127.        [ Links ]

[12]. L. Zubiría. Diversidad molecular de genes que codifican para mPH, C12O y fenol monooxigenasa en bacterias degradadoras de fenol aisladas de lodos base aceite y corte calado. Tesis de Maestria. Microbiologia Ambiental Molecular, 2006.        [ Links ]

[13] L. Chitiva, J. Dussán. “Evaluacion de matrices para la inmovilizacion de Pseudomonas spp. en biorremediacion de fenol”. Rev. Colom. Biotec. Vol. 5, No, 2, Diciembre 2003, pp 5-10.        [ Links ]

[14] A. Córdoba, P. Vargas, J. Dussán. “Chromate reduction by Arthrobacter CR47 in biofilm packed bed reactors”. J. Hazardous Materials. Vol. 151, No. 1, February 2008, pp. 274-279.        [ Links ]

[15] A. Caro. Acumulación de plomo en aislamientos de bacterias nativas degradadoras de hidrocarburos utilizando un reactor de lecho empacado. Tesis de Maestria, Microbiologia Ambiental Molecular, 2004        [ Links ]

[16] J. Dussán. Consorcio bacterias Cravo Sur. Biotratamiento de 443 barriles de lodos aceitosos col 834002915. Biointech. E.U. Perenco Colombia Limited Secreto Industrial, 2007.        [ Links ]

[17] J. Dussán. Consorcio bacterias Capachos. Biotratamiento de 95 barriles de lodos aceitosos col 830003705. Biointech. E.U. Perenco Colombia Limited. Secreto Industrial, 2006        [ Links ]

[18] J. Dussán. Consorcio bacterias LG. Biotratamiento de 1443 barriles de lodos aceitosos col 830004484. Biointech. E.U. Perenco Colombia Limited. Secreto Industrial, 2005        [ Links ]

[19] M.F. Villegas. Efectos Moleculares y Fisiológicos del Arsenato en Microorganismos nativos cultivable. Tesis de Maestria (Laureada). Microbiologia Ambiental Molecular, 2007.        [ Links ]

[20]. C.M. Castillo. Caracterización molecular de la resistencia a mercurio mercúrico de bacterias nativas colombianas Tesis de Maestria. Microbiologia Ambiental Molecular, 2007.        [ Links ]

[21] L. Velásquez, J. Dussán. “Biosorption and bioaccumulation of heavymetals on dead and living biomass of Bacillus sphaericus”. J. Hazardous Materials. Vol. 167, No. 1-3, August 2009, pp. 713-716.        [ Links ]

[22] C.H. Chaineau, G. Rougeux, C.J. Yéprémian. “Effects of nutrient concentration on the biodegradation of crude oil and associated microbial populations in the soil”. Soil Biol. & Biochem. Vol. 37, No. 8, 2005, pp. 1490-1497.        [ Links ]

[23] P.V.O. Trindade, L.G. Sobral, A.C.L. Rizzo, S.G.F. Leite, A.U. Soriano. “Bioremediation of a weathered and a recently oilcontaminated soils from Brazil: a comparison study”. Chemosphere. Vol. 58, No. 4, January 2005 pp. 515-522.        [ Links ]

[24] A. D’Annibale, F. Rosetto, V. Leonardi, F. Federici, M. Petruccioli. “Role of autochthonous filamentous fungi in bioremediation of a soil historically contaminated with aromatic hydrocarbons”. Applied and Environ. Microbiol. Vol. 72, No. 1, 2006, pp. 28-36.        [ Links ]

[25] M. F. Vasco-Cardenas, M. J. Vives-Florez. Native soil mitosporic fungi with potential hydrocarbon bioremediating capability. Tesis de Maestria en Ciencias Biologicas. Universidad de los Andes, 2008.        [ Links ]

[26] N. Cardona Álvarez, M.J. Vives. Producción de lacasa en cutivos en estado sólido por cepas nativas colombianas de Fusarium spp. y Trichoderma spp. Tesis pregrado Microbiologia, Universidad de los Andes, 2008.        [ Links ]

[27] P. Baldrian. “Fungal Laccases occurrence and properties”. FEMS Microbiology Review. Vol. 30 No. 2, 2006, pp. 215-42.        [ Links ]

[28] S. Rodríguez, J. Toca. “Industrial and biotechnological applications of laccases: A review”. Biotechnol. adv. Vol. 24, No. 5, September-October 2006 pp. 500-13.        [ Links ]

[29] C. Galhaup, S. Goller, C. Peterbauer, J. Strauss, D. Haltrich. “Characterization of the major laccase isoenzyme from Trametes pubescens and regulation of its synthesis by metal ions”. Microbiol. Vol. 148, No.7, 2002 pp. 2159-69.        [ Links ]

[30] Y. Wong, J. Yu. “Laccase-catalyzed decolorization of synthetic dyes”. Water Res. Vol. 33, No. 16 November 1999, pp. 3512-3520.        [ Links ]

[31] J. Osma, V. Saravia, J. Herrera, S. Couto. “Mandarin peelings: the best carbon source to produce laccase by static cultures of Trametes pubescens”. Chemosphere. Vol. 67 No. 8, April 2007, pp. 1677-80.        [ Links ]

[32] J. Osma, J. Toca, S. Rodríguez. “Banana skin: A novel waste for laccase production by Trametes pubescens under solid-state conditions. Application to synthetic dye decolouration”. Dyes and Pigments. Vol., 75, No. 1, 2007, pp. 32-37.        [ Links ]

[33] J. P. Essien, E. J. Akpan, E. P. Essien. “Studies on mould growth and biomass production using waste banana peel”. Biores. Technol. Vol. 96, No. 13, September 2005, pp. 1451-6.        [ Links ]

[34] O. Legrini, E. Oliveros. “Photochemical Processes for Water Treatment”. Chemical Reviews. Vol. 93, No. 2, 1993, pp. 671-698.        [ Links ]

[35] X. Doménech, W. Jardim y M. Litter. Eliminación de Contaminantes por Fotocatálisis Heterogénea: Procesos Avanzados de Oxidación para la eliminación de contaminantes. Comision Nacional de Energia Atomica CYTED, 2003, Disponible en: http://www.cnea.gov.ar/xxi/ambiental/CYTED/        [ Links ]

[36] A. Vorontsov, E. Savinov, L. Davydov, P. Smirniotis. “Photocatalytic destruction of gaseous diethyl sulfide over TiO₂” Boreskov Institute of Catalysis. Vol. 32, 2001, pp. 11-24.        [ Links ]

[37] B. Lee, N. Fukami, M. Yosida, T. Kazuo, M. Hosomi. “Photocatalytic degradation of gaseous perchloroethylene: products and pathway”. Chemosphere. Vol. 42, No. 4, February 2001, pp. 345-350.        [ Links ]

[38] R. Bauer, S. Hager, G. Kudielka “Photocatalytic Oxidation of gaseous chlorinated organics over titanium dioxide”. Chemosphere. Vol. 41, No. 8, October 2000, pp. 1219-1225.        [ Links ]

[39] O. Alfano, A. Arancibia, E. Bandala. “Eliminacion de Contaminantes por Fotocatalisis Heterogenea”. Programa Iberoamericano de ciencia y tecnologia para el desarrollo CYTED. 2001.        [ Links ]

[40] M. Rodríguez, V. Sarria, S. Esplugas y C. Pulgarín. “Photo - Fenton treatment of a biorecalcitrant wastewater generated in textile activities: biodegradability of the photo - treated solution”. J. Photochem, Photobiol. A: Chemistry. Vol. 151, No 1-3, 2002, August pp. 129-135.        [ Links ]

[41] J. Moreno. Adaptación del diseño de un fotorreactor en fase gaseosa para la degradación de Percloroetileno. Proyecto de Grado. Departamento de Ingenieria Quimica, Universidad de los Andes, 2009.        [ Links ]

[42] J. Marín, J. Navio, L. Ríos, G. Restrepo. “Soporte de nuevas peliculas de TiO₂ y TiO₂/SiO2 sobre granulos de Poliester para aplicacion en Fotocatalisis”. Información Tecnológica. Vol. 19, No. 6, 2008 pp. 9-20.        [ Links ]

[43] S. Hernández. Estudio de la biotratabilidad de las aguas residuales de tintorería por medio de un proceso avanzado de oxidación. Tesis de Magister Departamento de Ingenieria Ambiental, Universidad de los Andes, 2008.        [ Links ]

[44] V. Sarria, S. Kenfack, O. Guillod, C. Pulgarin. “An innovative coupled solar-biological system at field pilot scale for the treatment of biorecalcitrant pollutant”. J. Photochem. Photobiol. Vol. 159, 2003 pp. 89-99.        [ Links ]

[45] V. Gomez, L. Sarria. “Foto degradacion heterogenea de Bisfenol A en agua con Dioxido de Titanio”. Química Nova. Vol. 32, No. 5, 2009 pp. 1164-1169.        [ Links ]

[46] V. Sarria, M. Deront, P. Péringer, C. Pulgarin. “Degradation of a biorecalcitrant dye precursor present in industrial wastewaters by a new integrated iron(III) photoassisted- biological treatment”. Applied Catalysis B: environ, Vol. 40, No. 3, 2003 pp. 231-246.        [ Links ]

[47] S. Kenfack, V. Sarria, J. Wéthé, G. Cissé, A. H Maïga H., A. Klutse, C. Pulgarin. “From laboratory studies to the field applications of advanced oxidation processes: a case study of technology transfer from Switzerland to Burkina Faso on the field of photochemical detoxification of non biodegradable chemical pollutants in water”. International J. Photoenergy. 2009.        [ Links ]

[48] R. Torres, V. Sarria, P. Peringer, C. Pulgarin. “Electrochemical Treatment of industrial wastewater containing 5-amino-6-methyl-2-benzimidazole: Toward an electrochemical-biological coupling”. Water Res. Vol. 37, 2003, pp. 3118-3124.        [ Links ]

[49] E. Sierra, V. Sarria, M. Cortés. “Electrooxidacion de Glifosato sobre electrodos de niquel y cobre”. Química Nova. Vol., 31, No. 2, 2008, pp. 220-226.        [ Links ]

[50] S. Parra, V. Sarria, S. Malato, P. Peringer, C. Pulgarin. “Photochemical versus coupled photochemical-biological flow system for the treatment of two biorecalcitrant herbicides: metobromuron and isoproturon”. Applied Catalysis B: Environ. Vol. 27, 2000 pp. 153-168.        [ Links ]