Debido a las actividades industriales, como la producción de acero, minería, cemento y curtido de pieles, ciertas zonas de la República Mexicana, tienen altos niveles de cromo hexavalente en suelo y agua, es altamente soluble lo que lo que lo hace móvil en el suelo y en ambientes acuáticos.

1. Biorremediación con Aspergillus Niger en
suelo contaminado con Cromo (VI)
NASYIBE OLIVEROS GONZALEZ
ALEJANDRA HERNANDEZ
BRENDA PAULINA JIMENEZ
EZEQUIAS NOGUEIRA GUIMARÃE
KARLA MEDINA

2. Introducción
La contaminación con
metales en suelos,
sedimentos y reservorios
naturales de agua es uno
de los mayores problemas
ambientales a nivel
mundial
Los metales son liberados por
industrias dedicadas a la
galvanoplastia, carrocería,
minería, curtido de pieles,
manufactura de baterías, entre
otras

3.  Muchos de los metales son citotóxicos,
carcinogénicos y mutagénicos, incluso en
concentraciones muy bajas; por ejemplo, arsénico,
cadmio, cromo, cobre, plomo, mercurio, níquel,
selenio, plata y zinc.

4.  El cromo es un metal de transición localizado en
el grupo VI-B de la Tabla Periódica.
 Aunque puede existir en varios estados de
oxidación, las formas más comunes y estables en
el ambiente son el Cr trivalente Cr(III) y el Cr
hexavalente Cr(VI), las cuales poseen
propiedades químicas distintas.

5.  El Cr(VI), considerado la forma más tóxica del
cromo, se encuentra usualmente asociado al
oxígeno en forma de cromatos (CrO42-) y
dicromatos (Cr2O72-), que debido a su gran
solubilidad son altamente móviles en el suelo y en
ambientes acuáticos.

6. La remoción de metales se hace
comúnmente mediante precipitación
química, intercambio iónico, extracción
con solventes y reacciones de óxido-
reducción; sin embargo, estos métodos
son relativamente caros e ineficientes,
especialmente cuando la concentración de
los contaminantes está en el rango de 1 a
100 mg/L.

7. Una alternativa a estos métodos
convencionales es la biorremediación, la
cual se basa en la habilidad de ciertos
organismos vivos, como las plantas,
bacterias y hongos, para crecer en
presencia de compuestos tóxicos.

8. Particularmente, los hongos filamentosos son un
grupo de microorganismos en los que se ha puesto
atención especial por su alta relación
superficie/volumen y su capacidad de desarrollo bajo
condiciones extremas de pH, temperatura, nutrientes
y concentración alta de metales

9. El género Aspergillus comprende alrededor de 180
especies, son hongos filamentosos, hialinos y
ubicuos. Se reproducen asexualmente por conidias
que se originan de grupos de fiálides localizadas
en un ensanchamiento terminal del conidióforo

10. Aspergillus ha demostrado en diversos
estudios su tolerancia a Cr(VI) así como su
potencial para la bioacumulación del mismo.

11. Justificación
• Debido a las actividades industriales, como
la producción de acero, minería, cemento
y curtido de pieles, ciertas zonas de la
República Mexicana, tienen altos niveles
de cromo hexavalente en suelo y agua, es
altamente soluble lo que lo que lo hace
móvil en el suelo y en ambientes acuáticos

12.  El tratamiento biológico surge como una alternativa
para transformar los contaminantes en compuestos más
simples y menos contaminantes mediante el uso del
potencial metabólico de algunas bacterias, plantas y
hongos
 Dentro de las investigaciones realizadas encontramos
que los hongos son organismos ubicuos (que están
presentes en todas partes) en la naturaleza, que
predominan en el suelo, poseen propiedades
fundamentales como biotransformadores y juegan un
papel importante en los ciclos geoquímicos de los
metales.

13. • Dentro de las células fúngicas el Cr (VI)
puede ser reducido a Cr (III) por sistemas
reductores, que pueden incluir rutas
enzimáticas y no enzimáticas poseen
tolerancia a Cr(VI).

14. Objetivo
• Basado en diferentes referencias
bibliográficas encontrar la tecnología de
remediación de suelos más adecuada para
tratar un suelo franco arcilloso que se
encuentra ubicado en boulevard Juan
Pablo II, entre las calles Don Mata y Monte
Olimpio

15. CARACTERÍSTICAS DEL
CONTAMINANTE

16. ESTRUCTURA Y SOLUBILIDAD
• Gran movilidad en los sistemas acuosos;
• El agua es un muy buen disolvente, por ello puede llevar en
disolución al Cr(VI), gracias a las propiedades químicas de
ambas sustancias.

17. DIFUSIÓN Y SORCIÓN
• En lo suelos, el Cromo (III) es relativamente inmóvil debido a
su gran capacidad de adsorción, pero el Cromo (VI) es muy
inestable;
• Tanto en las plantas como en el hombre o los animales la
forma de Cr más fácilmente absorbida es la hexavalente, por
penetrar sin dificultades a través de las membranas biológicas.

18. TOXIDAD
• El Cromo (VI) es el más importante toxicológicamente debido a que
es 1.000 veces más toxico que el Cromo (III);
• Es una forma cancerígena, no tiene olor ni sabor, y puede ser
encontrado en forma natural en rocas, suelo y plantas;
• Los efectos no cancerígenos para la salud asociados con el Cr6
incluyen irritación o alergias nasales, de la garganta o respiratorias;
• El Nivel de Referencia de Exposición crónico es de 200 ng/m3 en el
aire (0.2 μg/m3);
• El límite de exposición permitido a 5 microgramos por metro cúbico
de aire (5ug/m3) y un “nivel de acción” de 2.5ug/m3.

19. DENSIDAD Y CARGA IÓNICA

20. BIODEGRADACIÓN Y POLARIDAD
• La oxidación puede ocurrir en presencia de óxidos de Fe y Mg,
en suelos frescos y húmedos (anaeróbicos) y en condiciones
levemente ácidas;
• La reducción puede ocurrir en presencia de sulfuros y Fe (II)
(condiciones anaeróbicas) y se acelera en presencia de
materia orgánica.
• Generalmente el Cr (VI) predomina en ambientes ricos en
oxígeno y con pH que varía entre neutro y alcalino por lo que
pHs bajos ayudan a disminuir su biodisponibilidad.

21. METODOS
DE EXTRACCION

22. MÉTODO DESCRIPCIÓN VENTAJA DESVENTAJA
BIOAUMENTACIÓN Se basa en el
metabolismo
microbiano para
degradar el
contaminante
promoviendo su
degradación o
biotransformación.
 Se puede utilizar
cuando la
microflora es
insuficiente en
número y
capacidad.
 Se puede usar
contra herbicidas,
insecticidas,
hidrocarburos y
metales pesados.
 Tamaño de la
población
microbiana.
 Supervivencia de
los
microorganismos
añadidos, en lo que
respecta a:
- Competir con
la población
autóctona.
- Sobrevivir a
los
depredadores.
- Posibilidad de
aclimatación
previa.
VENTAJAS Y DESVENTAJAS

23. MÉTODO DESCRIPCIÓN VENTAJA DESVENTAJA
Precipitación Química Las fuerzas entre las
partículas de los
contaminantes se
debilitan o eliminan
mediante la adición
de productos
químicos, lo que
permite la
interacción de
partículas mediante
el movimiento
molecular y la
agitación física.
 Proceso eficiente
hasta ciertos
valores de la
concentración
remanente.
 En combinación
con procesos
tales como
adsorción lo
hacen aún más
viable y efectivo.
 Alto Costo
 Naturaleza
disociadora
 Insuficiencia para
eliminar los altos
niveles de
metales (por si
sola).

24. MÉTODO DESCRIPCIÓN VENTAJA DESVENTAJA
Intercambio Iónico Se basa en la presencia
de cargas en las arcillas y
demás partículas
coloidales en los suelos.
 Método efectivo
 Controla la
disponibilidad de
nutrientes para las
plantas: K++, Mg2+,
Ca2+, entre otros.
 Interviene en los
procesos de
floculación -
dispersión de arcilla y
por consiguiente en
el desarrollo de la
estructura y
estabilidad de los
agregados.
 Determina el papel
del suelo como
depurador natural al
permitir la retención
de elementos
contaminantes
incorporados al
suelo.
 El método usado puede
que sea confiable, pero
existen factores que
disminuyen la precisión
del mismo. Presenta
varias dificultades debido
a que el NH4- puede
formar complejos de
superficie de esfera
interna con las arcillas
2:1, a su vez incrementa
la carga variable de los
suelos ácidos y por tanto
aumenta su CIC. Así que
los datos obtenidos se
aproximan a la realidad
del campo más no es
exacta.

25. MÉTODO DESCRIPCIÓN VENTAJA DESVENTAJA
Reacciones óxido-
reducción.
Capacidad reductora u
oxidativa. Tal atributo se
encuentra estrechamente
vinculado con la aireación
del sistema edáfico, así
como con el pH, ya que
ambos condicionan tanto
la actividad microbiana
como el tipo de
reacciones que acaecen
en él.
 Eliminación de
contaminantes
persistentes.
 Puede alcanzarse la
mineralización total
de los contaminantes
orgánicos.
 Son muy útiles para
eliminar
contaminantes
refractarios que
resisten otros
métodos de
tratamiento,
principalmente el
biológico.
 Sirven para tratar
contaminantes a muy
baja concentración.
 Ayudan a disminuir la
toxicidad de lo
efluentes.
 Depende del PH del
suelo.
 Vinculado con la
aireación del sistema
edáfico.
 Condicionado a la
humedad del suelo.

26. MOVILIDAD
DEL CONTAMINANTE

27. pH suelo : Cr es más móviles a pH alcalino
*8.5
Textura : Los suelos arcillosos retienen más
metales por adsorción o en el complejo de
de los minerales de la arcilla
*Franco arcilloso
Materia orgánica:facilita la solubilidad del metal,
la disponibilidad y dispersión porque pueden
degradarse por los organismos del suelo.
* 1.2%
• Solubilidad : Nula.

28. Condiciones redox
Salinidad :
El aumento de la salinidad puede incrementar la
movilización de metales y su retención

29. CUANTIFICACION
DEL CONTAMINANTE
• Técnicas para el análisis
de suelo : método de
espectrofotometría de
absorción atómica
• Es una técnica para
determinar la concentración
de un elemento metálico
determinado en una muestra.
Puede utilizarse para analizar
la concentración de más de
62 metales diferentes en una
solución.
* concentración de cromo muestran
una concentración de 1.1613 ppm

30. • NMX-AA-132-SCFI-2016 Muestreo de suelos para la
identificación y la cuantificación de metales y
metaloides, y manejo de la muestra
• NOM-147-SEMARNAT/SSA1-2004, Que establece
criterios para determinar las concentraciones de
remediación de suelos contaminados por arsénico,
bario, berilio, cadmio, cromo hexavalente, mercurio,
níquel, plata, plomo, selenio, talio y/o vanadio.
Normatividad aplicable

31. TECNOLOGÍA DE REMEDIACIÓN

32. Bioaumentación
• Consiste en la adición de una alta concentración de
microorganismos vivos capaces de degradar los
contaminantes;
• Proceso ex situ de tratamiento de biosuspensión,
también conocido como sistema biorreactor;
• Para el prepara del bioreactor se aisló un hongo
resistente y capaz de remover cromo hexavalente;
• Se trabajó con una cepa de A. niger y el diseño de un
reactor basando en un diseño de un reactor
anteriormente utilizado para cepas de algas.

33. Bioreactor

34. • Objetivo: Obtener una muestra representativa
de un suelo contaminado por Cromo para
establecer la metodología de remediación
adecuada.
• Lugar de elaboración: Boulevard Juan Pablo II
• Fecha de elaboración:07 de Febrero 2019
• Responsable de elaboración: Alejandra
Hernández Vázquez
Plan de muestreo

35. ACTIVIDAD TIEMPO DE EJECUCIÓN
Traslado al lugar de muestreo 20-30 minutos
Selección del sitio de muestreo 5 minutos
Delimitar cuadrante 15 minutos
Seleccionar puntos de muestreo 10 minutos
Aflojar la tierra en los puntos de muestreo
seleccionados
15-20 minutos
Tomar la muestra 5-10 minutos
Colocar las muestras en una bolsa 5 minutos
Etiquetar la muestra 5 minutos
Trasladar la muestra al laboratorio 20-30 minutos
Descripción de actividades

36. Responsabilidades
Nombre Actividad
Paulina Jiménez Proveer pico y pala
Ezequias Nogueira Proveer bolsas tipo ziploc
Nassyibe González Traslado al lugar de muestreo
Karla Medina Delimitar el cuadrante
Todos los integrantes Seleccionar puntos de muestreo
Nassyibe González Aflojar la tierra
Alejandra Hernández Tomar la muestra
Paulina Jiménez Etiquetar la muestra
Nassyibe González Traslado de la muestra al
laboratorio

37. • Características del área de estudio: suelo seco, muy
poca vegetación y tamaño de partícula fino
• Superficie del área de estudio: 3.09 Ha
• Tipos de muestreo y justificación
Muestreo Exploratorio: su objetivo es obtener las
muestras de suelo representativas para establecer la
presencia de contaminación y, en su caso, la
horizontal de la misma y su posible migración vertical.
El muestreo exploratorio se realiza en dos fases:
1)Muestreo superficial
2)Muestreo vertical

38. Muestreo superficial:
• Tipo de muestra simple
• Número min. de puntos de muestreo=16, de
acuerdo a la Tabla 1.-Muestreo exploratorio de
la NMX-132-SCFI-2016
• Profundidad 0-5 cm a partir de la superficie
Muestreo vertical:
• Tipo de muestra simple
• Número min. de pozos verticales=3, de acuerdo a la
Tabla 1.-Muestreo exploratorio de la
NMX-132-SCFI-2016
• Profundidad por tramos de 30cm hasta identificar el
tramo en que no se rebasan las [ ] de referencia

39. Método: Muestreo aleatorio simple
Descripción general: El muestreo aleatorio simple
de n muestras se define como muestras
seleccionadas al azar de una población de
muestras, de manera que otras n muestras de la
misma población tienen la misma oportunidad de
ser elegidas.
Condiciones para su uso apropiado:
 Para poblaciones relativamente pequeñas y
homogéneas
 Debe utilizarse solo en áreas menores a 4 Ha
Distribución Puntos de Muestreo

40. • Se tomaron 9 muestras superficiales y 4 de pozo (2 a
30 cm y 2 a 60 cm) de aproximadamente 500gr cada
una. Los puntos de muestreo se establecieron de
acuerdo al método de muestreo aleatorio simple.
• La profundidad se estableció de acuerdo al tipo de
muestreo vertical y la cantidad de muestra de
acuerdo a la NMX-132-SCFI-2016.
• El equipo manual utilizado fue un pico y una pala.
Número y distribución de los puntos de muestreo

41. • Distribución de los puntos
Muestreo superficial
Pozos

42. Planos georreferenciados
20°31´00”N
100°50´56”W

43. Boulevard Juan
Pablo II, entre las
calles de Don Mata
y Monte Olimpo

44. • Tipo de envase: bolsa tipo ziploc
• Identificación: Etiqueta
• Preservación: No es necesario
• Tiempo máximo previo de análisis: Sin
tiempo máx.

45.  Medidas y equipo de seguridad:
 Uso de zapatos de seguridad
 Cubre bocas
 Lentes de seguridad
 Guantes
 Manejar el pico y la pala con cuidado de nos
lastimar a alguien o a nosotros mismos.
 Mantener distancia de quien se encuentre
usando las herramientas

46. • Medidas de aseguramiento de la muestra
incluyendo la cadena de custodia
 Identificar y etiquetar correctamente las
muestras
 Revisar que las bolsas estén en buenas
condiciones (no rotas o sucias por dentro)

47. CADENA DE CUSTODIA

48. Reacciones
Biotransformación de Cr(VI) a especies reducidas (reducción química), que puede ser:
Figura 1.
Mecanismos
de interacción
de los hongos
con el cromo.
Se ilustran los
posibles
modos de
transformación
química, así
como las
maneras de
unión e
incorporación
a las células
y la
inmovilización
mediante la
formación de
complejos.

49. Fig. 2. La red
metabólica
simplificada en la que
se basa el modelo
estructurado de
Aspergillus niger, que
incorpora al ciclo de
los ácidos
tricarboxílicos o ciclo
de Krebs (CAT), a la
ruta de las pentosas-
fosfato (PF), a la ruta
Embden-Meyerhof-
Parnas (EMP) o
glicolisis, y a las
reacciones que
producen biomasa,
que han sido
agrupadas.

50. Se hace crecer hasta la esporulación
un cultivo de esporas de ésta cepa
en un medio solido de Papa-
Dextrosa-Agar (PDA) a una
temperatura controlada de 30°C.
Se cosechan las esporas de
la superficie de la colonia con
un agitador magnético en una
solución Tween 0.1%(v/v).
Se toma una concentración de
esporas que se agregarán a
un recipiente con un medio
adecuado para el crecimiento
del microorganismo.
Tren de tratamiento
• BIOAUMENTACIÓN
MATERIALES Y MÉTODOS
El microorganismo de estudio
Aspergillus niger A10 de la colección de la Universidad Autónoma Metropolitana-
Iztapalapa.
Conservación de la cepa:
Luego de 5 días de
crecimiento: De la suspensión obtenida
Una vez que el hongo esporulé, se agregará glicerol previamente
esterilizado. El recipiente se conservará en refrigeración (5 -10C), obteniendo
una cepa con viabilidad de un año.

51. Preparación del inóculo
Se
depositará
un volumen
pequeño de
la
suspensión
de esporas
en la
superficie
de un
medio PDA.
De aquí se
obtendrá un
cultivo que,
después de
5 días de
incubación
a 30C, ya
habrá
esporulado.
Las esporas
se
recolectará
n con un
asa de
siembra y
se
almacenará
n con una
solución
Tween
0.1%(v/v).
La
concentraci
ón de
esporas se
ajustará a 1
x10^6
esporas,
utilizando
para esto
una cámara
de
Neubauer.
Tren de tratamiento

52. Medio de Cultivo
Consististirá en:
El medio se esterilizará durante
20 minutos a 121C. En la
preparación del medio de cultivo
se agregará sulfato de amonio,
suficiente para obtener una
relación C/N de 12.
Se agregará una
concentración de
elementos
traza para evitar
limitaciones de estas
especies durante
el crecimiento del hongo.

53. • Una vez teniendo el hongo
desarrollado se llevará a cabo la
inoculación de las esporas recién
cosechadas y se depositarán en el
reactor biológico, utilizando una
punta de pipeta en un volumen
pequeño de la suspensión de
aproximadamente 20 L,
obteniéndose así una coloniadentro
del bioreactor.
• Las esporas inoculadas en el
reactor se dejarán 5 días a una
temperatura constante de 30C.
Inóculo

54. COSTOS
• Es una tecnología que puede durar varios
meses o años, su utilización no implica
mucho capital ni costos de operación
comparado con otras tecnologías
• Su costo oscila entre 30 -100 USD/m3.
• La naturaleza y profundidad de los
contaminantes puede aumentar sus costos

55. CONCLUSIONES
• Debido a que actualmente se presenta una gran
contaminación , se proponen diferentes tratamientos de
remediación de suelos .
• La mas adecuada para la remediación de suelo
contaminado con cromo hexavalente es el tratamiento
biológico ya que ya que prometen tecnologías más
sencillas, más baratas y más respetuosas con el medio
ambiente que otros tratamientos surge como una
alternativa para transformar los contaminantes en
compuestos más simples y menos contaminantes
mediante el uso del potencial metabólico de algunas
bacterias, plantas y hongos
• Una gran desventaja es que el tratamiento utilizado puede
llevar meses o en algunos casos años