VENTAJAS Y DESVENTAJAS EN COMPARACIÓN CON OTROS

Se han diseñado varias metodologías destinadas tanto a la recuperación de metales preciosos como a la remoción de metales pesados en solución, estos pueden ser procesos fisico-químicos o biológicos. Dentro de los primeros se encuentran: precipitación química, oxidación o reducción química, tratamiento electroquímico, evaporación, filtración, intercambio iónico, adsorción y tecnología de membranas. La precipitación y el uso de resinas de intercambio iónico son los métodos más usados actualmente. Para la remoción de metales de enormes flujos de agua residual, la precipitación a un valor óptimo de pH seguida de la remoción de sólidos es el método más ampliamente utilizado en la industria metálica no ferrosa. Sin embargo, los problemas de disposición de estos sólidos son importantes debido a los riesgos, irónicamente, de contaminación de agua y suelo. Un tipo de residuo líquido es convertido a otro, ya que los lodos son hidróxidos de metales. La remoción de metales de soluciones diluidas, como flujos de residuos industriales, por técnicas de precipitación y clarificación requiere cantidades excesivas de químicos, mediante este método no se pueden garantizar los límites de concentracion de metales requeridos por los estándares reguladores (Volesky, 1999).

En el caso del fenómeno de adsorción se han utilizado varios materiales, como las zeolitas, minerales arcillosos, materiales orgánicos sintéticos, sílica gel y carbón activado (Mustafiz, Basu y Islam, 2002). Las resinas de intercambio iónico son las más extensamente usadas en el tratamiento de agua, algunos factores limitan una aplicación más amplia. Las resinas usualmente no son resistentes a choques térmicos y osmóticos así como a efectos deletéreos de oxidación por químicos. Los contaminantes orgánicos así como los precipitados pueden causar un taponamiento de las resinas, en particular de las del tipo de gel. Una degradación química puede ocurrir por el rompimiento de la red polimérica o una modificación de sus grupos funcionales por especies en solución. La capacidad de la remoción metálica de las resinas usualmente está afectada por la presencia de iones de calcio y magnesio en la solución. Las resinas son usualmente caras y en ocasiones su desempeño puede

ser muy sensible a impurezas (Volesky a, 2001). Cada proceso presenta ventajas, desventajas y rangos de aplicaciones dependiendo del ión metal, la concentración inicial, tasa de flujo o calidad del agua a tratar. Estas metodologías regularmente son costosas y en ocasiones poco efectivas especialmente en concentraciones bajas que van de 1-100 mg/L (Barkay y Schaefer 2001; Volesky, 1990).

La bioadsorción como la separación pasiva de metales y metaloides por interacciones con material biológico inerte ha surgido como una opción costo-efectiva potencial para la remoción de metales pesados en soluciones acuosas, así como en la recuperación de metales de interés económico (Vieira y Volesky, 2000). Hay pruebas de laboratorio que demuestran la capacidad de adsorber no sólo las especies catiónicas de metales, sino además complejos metálicos aniónicos (Niu y Volesky, 2001) radionúcleos (Friis y Myers, 1986), compuestos orgánicos contaminantes no biodegradables como pesticidas, fenoles y tintes (Aksu, 2005;

Gong, et. al. 2007), así como otras especies de iones no metálicos como el fluoruro

(Ventaka, et al., 2007). También se ha trabajado en el uso de biomasa tanto viva

como muerta acoplada a diversos tipos de soporte como carbón activado, en la

adsorción de soluciones metálicas (Reyes, et al., 2006), como en la adsorción en

lixiviados que contienen además compuestos orgánicos biodegradables (Durán, et

al., 2???), el mecanismo es complejo, pues interacciona la adsorción, bioadsorción y

la biodegradación. El carbón activado da soporte y facilita la separación de la biomasa del efluente contaminado. Pero también se han usado otras matrices poliméricas sintéticas y naturales como soporte para la remoción de metales como de compuestos orgánicos, como silica gel o la adición de compuestos que forman

agregados celulares estables (Churchill, et al., 1995). El uso de soporte en la

biomasa trae beneficios en el proceso como una rigidez mecánica adecuada y en ocasiones puede mejorar la capacidad de captura con determinado tipo de soporte y con determinadas fracciones del material polimérico y biomasa (Wu y Yu, 2007). La separación biomasa-solución es la principal desventaja de la bioadsorción, varias estrategias han sido utilizadas para solucionarla, como la inmovilización en columnas

(Volesky, 1999), en matrices poliméricas, la flotación (Zouboulis, et al., 2004) y

sedimentación (Hawari, 2006). La investigación en la adsorción de biomasa libre es un paso previo e importante en las aplicaciones prácticas, ya que ofrece información sobre el equilibrio del proceso y es necesario para el diseño de éste (Veglio y Beolchini, 1997).

La bioadsorición se puede considerar como una tecnología en pleno proceso de maduración con la cual se crea toda una nueva industria. El fenómeno de bioadsorción no sólo ha tomado interés en la remoción/recuperación de metales en solución, sino en otros como en la elaboración de aditivos de alimentación mineral para el ganado, donde es deseable una adsorción multimetálica (Chojnacka K,

2006). La biosorpción ha sido propuesta también para su aplicación in situ mediante

el uso de biobarreras a través de un flujo de agua para evitar la migración de contaminantes con biomasa viva (Kim y Kang, 2006). A pesar de la gran cantidad de trabajo experimental que demuestra la oportunidad que ofrece la bioadsorción en la remoción de un amplio espectro de contaminantes en solución, especialmente metales, en la actualidad son muy pocos lo materiales biológicos adsorbentes que han entrado al mercado (Volesky, 1999; Le Cloirec y Andrés, 2005) y en relación a aplicaciones prácticas a gran escala, en el caso de metales como a cualquier escala para contaminantes orgánicos aún no ha sido aplicada, principalmente por

cuestiones no técnicas (Volesky y Naja, 2005). BIOCLAIM (biomasa granular dura

derivada de B. subtilis), BIO-FIX y AlgaSORB (biomasa no viva, inmovilizada en un

polímero de sílica gel) son preparaciones microbianas inmovilizadas no vivas comercialmente disponibles, desde los inicios de los 90´s en E.U. para tratar agua contaminada con metales (Cañizares, 2000; Timberley y Ian, 2000; Veglio y Beolchini, 1997), sin embargo, no se ha expandido su uso.

Dentro de las ventajas de usar materiales biológicos se encuentre su alta selectividad, son eficientes y baratos. Esto hace que representen una competencia real a las resinas comerciales de intercambio iónico y carbón activado, desde el punto de vista práctico, el arreglo del proceso con estos materiales biadsorbentes sería casi idéntico al utilizado por materiales convencionales, lo que facilita su aplicación más inmediata, ya que una vez identificado un potente material bioadsorbente, su aplicación práctica sigue pasos metodológicos convencionales usados para la aplicación de resinas y carbón activado. Otra ventaja es que aún sin conocer los mecanismo específicos de adsorción de metales sobre la biomasa, es posible usarla, una vez probada su capacidad experimentalmente, en aplicaciones prácticas, que es lo que comúnmente ha sucedido en los casos en lo que se aplican. Habría de esperarse que un conocimiento más profundo del fenómeno eficiente el proceso de manera importante, ampliando aún más sus ventajas en comparación con otras metodologías. Con la intención de una aplicación a gran escala, se ha demostrado que el proceso de adsorción es más eficiente que la bioacumulación, la cual requiere de la biomasa viva, haciendo necesaria la adición de nutrimentos, aumentando con esto la demanda biológica de oxígeno (DBO) en el efluente, además de que es difícil mantener una población bacteriana activa debido a la

toxicidad del metal (Hussein, 2004). Por lo que la posibilidad de usar biomasa inerte

ofrece otra ventaja ya que su propagación y la aplicación de los microbios pueden ser procesos separados, los cuales pueden ser mejor controlados para incrementar la captura del metal por el biosorbente, y así trabajar con altas concentraciones de metales como lo hacen las resinas de intercambio iónico, además permitiría un amplio rango de condiciones de operación sin limitaciones que involucraría usar biomasa viva. En algunos casos, altas capacidades de captura de metal han sido observadas en material no vivo en comparación con material vivo (Volesky, 1990) e incluso que algunos adsorbentes comercialmente disponibles (Jjemba, 2004).

Idealmente un proceso completo de bioadsorción se compone de dos etapas: a) La inmovilización del metal en la material bioadsorbente y b) La lixiviación o elusión del metal depositado en la biomasa, en un volumen de solución mucho muy pequeño que resulte en la concentración final del metal y en la regeneración completa del material bioadsorbente que permita otro ciclo de bioadsorción (Volesky, 1999; Unz y Shuttleworth, 1996).

Las opciones una vez que el biomaterial se ha cargado de metal son: a) disponer éste de manera adecuada, previa incineración ó b) recuperar el metal en soluciones concentradas con una correspondiente renovación del biosorbente que permita un nuevo ciclo de adsorción. Ésta última opción será factible hasta que la capacidad de adsorción empiece a ser afectada, una vez que suceda esto, tendrá que haber una disposición final con el material no cargado. La elección dependerá de las condiciones particulares a cualquier caso, según sea el objeto la destoxificación del agua o la recuperación del metal o ambos. Por supuesto hablando de metales de

interés económico, idealmente se buscará la regeneración del material bioadsorbente y principalmente la recuperación de los metales, lo que de lograrse, mejorarían el análisis costo-beneficio de la aplicación (Volesky, 1999). Las condiciones bajo las cuales los metales preciosos como oro, platino y paladio son adsorbidas por la biomasa, comúnmente son muy diferentes de aquellas bajo los

cuales lo son los metales pesados (Mack, et al., 2007)