Los drenajes ácidos de las minas se generan por la oxidación acelerada de la pirita de hierro (FeS₂) y otros minerales sulfurosos por su exposición al oxígeno y al agua. Éste constituye el principal problema ambiental de la minería. Su peligro radica en la elevada concentración de metales que presentan, tales como hierro, aluminio, manganeso, algunos otros metales pesados y metaloides. Ciertos residuos mineros, tales como depósitos de escombros de roca estéril y los depósitos de relaves son los principales generadores de aguas ácidas.
Aunque existen varias posibilidades de manejo, tradicionalmente los depósitos de residuos mineros (estériles o relaves) suelen encapsularse, empleando barreras impermeables. Dichas barreras son inertes al contacto con el residuo y su función consiste en prevenir la entrada de agua y aire al sistema, evitando así la oxidación de los sulfuros y la formación del drenaje ácido. Las mismas suelen ser construcciones geotécnicas basadas en arcillas compactadas o geomembranas poliméricas, cuyo diseño y aplicación cuenta con el respaldo de décadas de uso en de tal tecnología en sistemas ambientales como los son los vertederos controlados de residuos sólidos municipales y las celdas de seguridad para residuos peligrosos. Sin embargo, hoy por hoy, su uso es discutible en virtud de que el comportamiento a largo plazo de este tipo de estructuras no es sostenible y, a diferencia de los residuos municipales comunes, cualquier desestabilización del terreno o degradación de las geomembranas puede dejar nuevamente al descubierto el residuo minero, lo que haría que este se reactive y vuelva a generar aguas ácidas. En definitiva, las metodologías actuales simplemente desplazan en el tiempo el problema, sin resolverlo del todo.
Un enfoque novedoso de remediación para los residuos mineros consiste en su transformación acelerada en sustratos o suelos funcionales, denominados tecnosoles. Este proceso de pedogénesis ingenieril tiene por objeto establecer un nuevo ecosistema, funcional y sostenible, en la zona afectada por la actividad minera o sobre los depósitos de residuos mineros en fase de cierre. Para ello, deben mezclarse con el residuo o posicionarse sobre el residuo coberturas que sean química y microbiológicamente activas, las cuales deberán generar diversas sustancias químicas y productos metabólicos que, al percolar a través de la columna de suelo gracias a la acción del agua de lluvias, favorecen la neutralización del drenaje ácido y modifican superficialmente las partículas de pirita del residuo, haciéndolas inertes. A la par, las coberturas activas cumplen la función de fomentar el desarrollo de microorganismos reductores de sulfato, los cuales revierten los procesos de oxidación del residuo, convirtiéndolo en un material más estable y menos peligroso a largo plazo.
Las soluciones basadas en coberturas activas para la creación de tecnosuelos pasan por la selección de diversos materiales, tanto bióticos como abióticos, que se combinarán sobre el residuo hasta conformar diversas capas funcionales, como se aprecia en la Figura 1. Con el paso del tiempo, la cobertura activa deberá promover cambios químicos, mineralógicos y microbiológicos, en el seno del residuo, a fin de transformarlo en un tecnosuelo, que esté en equilibrio con su ecosistema circundante. Ésto obliga a que, para cada operación minera, haya que contemplar múltiples formulaciones y diseños de coberturas activas, para seleccionar aquellas que permitan alcanzar el éxito en el proceso de remediación.
Figura 1. Esquema de un sistema de capas activas sobre un residuo minero, destacando su funcionalidad de cara a la promoción de la atenuación natural del residuo.
Establecer un sistema óptimo de coberturas y capas funcionales sobre el residuo involucra ensayar múltiples posibilidades, a una menor escala, y en el propio lugar de la operación. Del análisis de estos ensayos, se puede seleccionar la configuración más adecuada, reduciendo la incertidumbre asociada con el escalamiento de este tipo de soluciones ambientales, asegurando la efectividad de las inversiones dirigidas a remediación ambiental.
El desempeño de una cobertura activa se mide en términos de las modificaciones que ésta logra sobre variables como el pH, la actividad enzimática o el crecimiento de la capa vegetal. Sin embargo, la evolución de estas variables a menudo toma tiempos largos (1 a 2 años), antes de que los usuarios puedan estar seguros de que la implementación marcha por buen camino. Un aspecto clave, que suele pasar desapercibido cuando se implementan coberturas activas, es el seguimiento en el tiempo de la sucesión microbiana y su interrelación con las variables fisicoquímicas del sistema. En virtud de que, si desde el inicio no se produce una sucesión microbiológica adecuada, no se logrará un tecnosuelo equilibrado a largo plazo. Controlar y llevar a cabo procesos complejos, en donde intervienen organismos vivos que son microscópicos, en sistemas en donde se presentan diferentes especies colaborando entre sí, no es una labor fácil ni directa, a diferencia de los procesos solamente físico-químicos. Las poblaciones microbianas evolucionan rápidamente, tanto en número total de microorganismos como en la proporción relativa de especies que lo conforman, con el fin de adaptarse a los cambios en el entorno, de allí que resulte fundamental el seguimiento preciso de estas poblaciones.
En los últimos años nace una nueva disciplina, conocida como metagenómica, la cual, a diferencia de la microbiología tradicional (dependiente de la realización de cultivos), está basada en la secuenciación del DNA. Esto permite la identificación eficaz de todas poblaciones microbianas presentes en una muestra, con base en determinadas secuencias genéticas altamente variables, permitiendo diferenciar entre individuos de diferentes especies, ya que la técnica hace uso del análisis computacional de los datos genéticos presentes en el ambiente muestreado, sea que se trate de muestras de agua, suelo, sustratos minerales o residuos. Finalmente, la integración de los datos genéticos anteriores junto con los determinados a partir de las diferentes variables físico-químicas del sistema, permiten la creación de modelos matemáticos, basados en el análisis computacional de datos con técnicas de big data e inteligencia artificial (o machine learning), que permitan una mejor comprensión del complejo sistema de procesos responsables de la biorremediación.
HELIX BIOS PRESENTA SU SOLUCIÓN: BIOMÓDULOS
Los Biomódulos son una instalación de experimentación intensiva, con diseño propio y hecha a medida de las necesidades del residuo a tratar, para evaluar de forma eficiente diversos tipos de coberturas activas a la vez, en el sitio de operaciones, haciendo seguimiento de parámetros fisicoquímicos y de las poblaciones microbianas que promueven la acción remediadora. La utilización experimental de biomódulos permite la evaluación intensiva, a escala semipiloto, de diferentes tipos de coberturas activas al mismo tiempo, midiendo in situ su performance, para ayudar en la toma de decisiones rápidas en las unidades encargadas de planeación ambiental o de ejecución de procesos de cierre y post-cierre de operaciones mineras.
La metodología de monitoreo está fuertemente sustentada en dos nuevas tecnologías: la metagenómica y el análisis computacional de datos (big data y machine learning), permitiendo un seguimiento exhaustivo del proceso de remediación. Factores clave como la evolución de la diversidad microbiana en el sistema y la modificación de los ciclos biogeoquímicos del residuo, son medidos con periodicidad mensual para asegurar un funcionamiento óptimo que garantice la transformación del residuo, estableciendo las bases para permitir la devolución segura, funcional y equilibrada, de los paisajes mineros al entorno natural.
Entre las características principales del biomódulo, se tienen:
– Es un diseño de ingeniería más un sistema de monitoreo y ensayo para una o más posibles formulaciones de coberturas activas para bioremediación de residuos mineros.
– Es un sistema que simula las condiciones reales de la operación minera para implementar pruebas pre-piloto (pilotos a pequeña escala) de formulaciones de coberturas activas basadas en compuestos o ingredientes funcionales.
– Es un sistema pre-piloto, por lo que, dependiendo de la naturaleza del proyecto, podría reemplazar las etapas de laboratorio y piloto de gran escala, permitiendo encontrar una formulación que sea efectiva para resolver el problema, reduciendo así la incertidumbre económica del proyecto.
En la Figura 2 se muestra, de manera general, una vista 3-D de un biomódulo, para el análisis de 3 coberturas distintas al mismo tiempo. El sistema incluye una celda adicional, que funciona como grupo control, para el seguimiento del proceso de meteorización del residuo.
Figura 2. Vista isométrica de un sistema de biomódulo para la evaluación in situ de coberturas activas empleando técnicas fisicoquímicas y metagenómicas.
