La aplicación de la genómica a las aguas residuales demuestra su eficacia

"Los relaves y las aguas residuales son biológicamente reactivos porque contienen muchos materiales y elementos que son conductores de energía para los bichos, por lo que hay muchos bichos que están contentos de vivir en estos entornos, pero en realidad no sabemos cómo funcionan, cuáles son los conductores, cuáles son los controles y cuáles son los resultados", dice la profesora Lesley Warren, que ocupa la Cátedra Claudette MacKay-Lassonde de Ingeniería Mineral y es directora del Instituto de Minería Lassonde de la Universidad de Toronto.

El drenaje ácido de minas (Acid Mine Drainage, AMD), el agua ácida rica en metales que se forma cuando el aire y el agua reaccionan con rocas que contienen azufre, es un riesgo continuo para los arroyos, ríos, lagos y la vida acuática en todo el mundo. A medida que el agua se vuelve más ácida, puede lixiviar otros metales de la roca, causando toxicidad adicional si no se maneja adecuadamente.

Warren y su equipo se están centrando en las bacterias que transforman esos compuestos de azufre. Dependiendo del tipo de bacteria y de las condiciones ambientales, los insectos pueden amplificar o reducir la contaminación, por lo que es esencial entender cómo funcionan a diferentes temperaturas con diferentes tipos de rocas para aprovechar su poder.

Ahí es donde entra en juego la genómica.

Los microbios que viven en las aguas residuales son difíciles de cultivar en el laboratorio, pero la nueva tecnología (metagenómica) ha permitido a Warren y su equipo extraer y secuenciar ADN de los microbios para determinar su linaje. Algunos insectos pueden ser portadores del gen de la oxidación del azufre, por ejemplo, mientras que otros pueden preferir comer nitratos.

Poco más de dos años después de recibir 3,7 millones de dólares en fondos de Genome Canada, su equipo - co-liderado por la Dra. Jillian Banfield de la Universidad de California, Berkeley - está logrando algunos avances. "Esta tecnología está alterando profundamente nuestra capacidad para interrogar a estos bichos en entornos mineros muy extendidos", dice Warren.

Su investigación se lleva a cabo en minas canadienses, incluyendo la mina de cobre-zinc 777 de Hudbay Mineral y la instalación de relaves Anderson en el norte de Manitoba, las Operaciones Integradas de Níquel de Sudbury (INO) en el norte de Ontario y la mina de cobre Baie Verte de Rambler Metals and Mining en Newfoundland. El equipo ha recogido más de 300 muestras en diferentes puntos de estos sistemas de aguas residuales durante diferentes temporadas.

A pesar de que las minas varían ampliamente en términos de sus tipos de mineral y cuánto tiempo han estado en operación, un género de bacterias - Halothiobacillus - aparece consistentemente en las muestras de cada mina. Igualmente significativo, los microbios difieren de las bacterias que normalmente colonizan los sitios de roca estéril, probablemente porque los estanques de relaves tienen una biogeoquímica mucho más compleja de lo que se reconoce ampliamente.

"Este género parece estar muy extendido y probablemente juega un papel similar en las aguas residuales de las minas", dice Warren. "Una vez que entendemos los errores en estos sistemas y lo que son capaces de hacer, entonces podemos promover o prevenir reacciones biológicamente importantes sabiendo qué palancas necesitamos presionar para que eso suceda."

Tener esta base de conocimiento biológico también permite la modelización predictiva de lo que puede ocurrir en el sistema de aguas residuales y mejora las herramientas de monitoreo.

Durante su investigación, el equipo de Warren ha descubierto que el análisis convencional de aguas residuales en laboratorios comerciales no captura todo el azufre reactivo, por lo que las minas pueden estar subestimando su riesgo de azufre. Los laboratorios también usan diferentes métodos, por lo que no hay consistencia en los resultados de mina a mina. Warren propone una nueva metodología que introducirá la universalidad y permitirá que las minas limiten completamente el azufre en sus aguas.

Teck detecta microbios en Elkview

Las soluciones biológicas para el tratamiento de aguas residuales mineras también están siendo desarrolladas por la industria y Teck está emergiendo como un líder en este sentido. La compañía ha probado con éxito un nuevo método para eliminar el selenio y el nitrato del agua de la mina en su mina de carbón para la fabricación de acero Elkview en Columbia Británica. El método utiliza Rellenos de Roca Saturada (SRF), y actualmente está tratando hasta 10 millones de litros de agua al día de la mina utilizando procesos biológicos naturales.

Teck puso en servicio la instalación de SRF en 2018 en un pozo previamente minado que había sido rellenado con roca e inundado con agua, usando nutrientes tales como metanol y ácido fosfórico para acelerar la actividad microbiana y la eliminación de contaminantes.

Los costos de capital y de operación son del 20% y 50%, respectivamente, de las técnicas convencionales con capacidad similar porque no hay necesidad de construir una planta y el relleno puede ser expandido rápidamente si es necesario. La compañía se está centrando actualmente en el uso de la tecnología en el Valle del Alce, donde la necesidad es más inmediata, pero no ha descartado el uso del nuevo método de tratamiento en otros lugares de su cartera de minas.

"Los microbios son ampliamente utilizados para tratar las aguas residuales de las minas, pero la diferencia con SRF es que el tratamiento no está ocurriendo en los tanques, sino en el medio ambiente natural", dice Rob Klein, Ingeniero Senior de Proyectos de Gestión de Calidad del Agua en Teck. "Tiene una huella ambiental mucho menor y por eso me entusiasma. Hay mucha menos energía entrando en él y hay menos productos químicos que tenemos que añadir al proceso. Y no hay residuos que manejar después".

La iniciativa de SRF es un componente del plan de calidad del agua de Teck's Elk Valley aprobado por el gobierno de Colombia Británica en 2014. El plan es un enfoque a largo plazo para abordar el manejo del selenio y otras sustancias liberadas por la minería de carbón y que afectan la calidad del agua y la vida acuática en toda la cuenca del Valle del Elk.

Teck posee cinco grandes minas de carbón a cielo abierto en el valle y ha heredado un legado de roca estéril de más de un siglo de minería de carbón allí.

El plan quinquenal de $850 a $900 millones (2018 - 2022) también incluye una instalación activa de tratamiento de agua en la operación de West Line Creek que trata hasta 7,5 millones de litros de agua por día, reduciendo las concentraciones de selenio en aproximadamente un 96% y las concentraciones de nitratos en un 99%, y una instalación similar que se está construyendo en la operación de Fording River. En cuanto a la investigación y desarrollo, Teck tiene varios proyectos en marcha para controlar mejor la liberación de contaminantes en la fuente y para desarrollar nuevos métodos de tratamiento de agua.

El tratamiento activo, en el que las aguas residuales se recogen y se tratan químicamente, es costoso y requiere mucha mano de obra, por lo que el desarrollo de un tratamiento eficaz in situ es un paso adelante. Si Teck puede permitir que más proyectos de SRF reemplacen las próximas plantas activas de tratamiento de agua en el Valle del Elk, la compañía estima que el gasto total de capital en tratamiento de agua podría caer a $600-650 millones durante el período de cinco años.

"Teck tenía suficiente entendimiento en términos de la relación entre las oportunidades de usar bacterias para tratar las aguas residuales y los resultados potenciales para establecer un tratamiento a gran escala y ver qué ocurría", dice Warren, del programa piloto de SRF de Teck.

"Eso empieza a abrir la puerta a la industria porque ya no es sólo alguien que trabaja en un laboratorio con un vaso de precipitados."

En cuanto a Warren y su equipo, este verano instalarán un estanque de pruebas en el Sudbury INO de Glencore para probar sus hipótesis sobre indicadores biológicos potencialmente útiles y ver si pueden predecir y promover reacciones, tanto buenas como malas.

"La aplicación de la genómica en la industria es profundamente importante y dará lugar a nuevas ideas sobre cómo gestionar los residuos y las aguas residuales con mucho más éxito", predice.