BIORREMEDIACIÓN
CURSO: BIOQUÍMICA PARA ING. AMBIENTALES CICLO ACADÉMICO: 2014-II DOCENT DOC ENTE E DE DE LA LA ASIG ASIGNA NATUR TURA: A: GUTIER GUT IERREZ REZ MOR MOREN ENO, O, Ro Ro!"# !"# A"$ A"$o% o%o o ALUMNA: ARE&ALO ARE&AL O DE LA CRUZ, D'"(') BERGARA ROMAN,M!)"*+ #'" !(* SANTAMARIA SANTISTEBAN, G!/)*'" TUSE &ARGAS, o(*)! M!)*%o"
I. INDICE
II. RESUMEN
I. INDICE
II. RESUMEN
El crecimiento de la población y el avance de las actividades industriales a partir del siglo XIX trajeron aparejados serios problemas de contaminación ambiental. Desde entonces, los países generan más desperdicios, muchos de ellos no biodegradables o que se degradan muy lentamente en la naturalea, lo que provoca su acumulación en el ambiente sin tener un destino seguro o un tratamiento adecuado. De este modo, en lugares donde no e!iste control sobre la emisión y el tratamiento de los desechos, es "actible encontrar una amplia gama de contaminantes. #abitualmente, los casos de contaminación que reciben mayor atención en la prensa son los los derr derram ames es de petr petról óleo eo.. $ero, ero, en el mund mundo o cons consta tant ntem emen ente te está están n suce sucedi dien endo do acon aconte teci cimi mien ento toss de impa impact cto o nega negati tivo vo sobr sobre e el medi medio o ambiente, incluso en el entorno directo, generados por un gran abanico de agente agentess contam contamina inante ntess que son libera liberados dos al ambien ambiente. te. %n ejempl ejemplo o lo constituyen algunas industrias químicas que producen compuestos cuya estr estruc uctu tura ra quím químic ica a di&e di&erre de los los comp compue uest stos os natu natura rale les, s, y que que son son util utili iad ados os como como re"r re"rig igera erant ntes es,, diso disolv lven ente tes, s, plag plagui uici cida das, s, plás plásti tico coss y dete deterg rgen ente tes. s. El prob proble lema ma prin princi cipa pall de esto estoss comp compue uest stos os es que que son son resistentes a la biodegradación, por lo cual se acumulan y persisten en el ambiente y lo perjudica tanto como a los seres vivos, entre ellos el ser humano. El pres presen ente te trab trabaj ajo o dará dará a cono conoce cerr la impo import rtan anci cia a ecol ecológ ógic ica a de la biorremediación, la cual se presenta como una alternativa a los m'todos tradicionales de limpiea de residuos peligrosos persistentes en el medio ambiente. (inalmente (inalmente se concluye que la biorremediación como tecnología tiene gran potencial potencial en la recuperación recuperación de sitios contaminados contaminados y además además es menos costoso que otras alternativas de restauración.
III.
INTRODUCCIÓN
En las )ltimas d'cadas, entre las t'cnicas empleadas para contrarrestar los los e"ec e"ecto toss de los los cont contam amin inan ante tes, s, se come comen nó ó a util utili iar ar una una prác prácti tica ca llam llamad ada a bior biorre reme media diaci ción ón.. El t'rm t'rmin ino o bior biorre reme medi diac ació ión n "ue "ue acu* acu*ad ado o a principios de la d'cada de los +-, y proviene del concepto de remediación, que hace re"erencia a la aplicación de estrategias "ísico químicas químicas para evitar el da*o y la contaminación contaminación en suelos. suelos. /os /os cientí&cos cientí&cos se dieron cuenta que era posible aplicar estrategias de remediación que "ues "uesen en biol biológ ógic icas as,, basa basada dass esen esenci cial alme ment nte e en la obse observ rvac ació ión n de la capacidad de los microorganismos de degradar en "orma natural ciertos compuestos contaminantes. Entonces, la biorremediación surge como una rama de la biotecnología que busca resolver los problemas de contaminación mediante el uso de seres vivos 0microorganismos y plantas1 capaces de degradar compuestos que provoc ovocan an dese deseq quili uilibr brio io en el medio edio amb ambient iente, e, ya sea sea suel suelo, o, sedimento, "ango o mar. 2 mediados del siglo XX se desarrollaron las primeras investigaciones enca encami mina nada dass a estu estudi diar ar el pote potenc ncia iall de los los micr microo oorrgani ganism smos os para para biodegradar contaminantes. Este 3uso4 intencionado recibió entonces el nombre de biorremediación 05bioremediation51. /as primeras t'cnicas que se aplicaron "ueron similares al 5landfarming5 06la 06labr bran ana a71 71 actu actual al y sus sus acto ctores, es, lógi lógica cam mente ente,, compa*ías petrolí"eras. /as primeras patentes, "undamentalmente para remediación de vertidos de gasolina, aparecen en los a*os 8-. En los a*os - se generalió el uso del aire y peró!idos para suministrar o!ígeno a las onas contaminadas mejorando la e&ciencia de los procesos degradativos. Dura Durant nte e los los a*os a*os 9- el desa desarrroll rollo o de las las t'cn t'cnic icas as de 5 air sparging sparging5 0burbujeo de o!ígeno1 hio posible la biorremediación en onas por debajo del nivel "reático. 2l mismo tiempo, la implementación en la práctica de apro!imaciones e!perimentales en el laboratorio permitió el tratamiento de hidrocarburos clorados, los primeros intentos con metales pesados, el trabaj trabajo o en ambien ambientes tes anaer anaerobi obios, os, etc. etc. $aralel aralelame amente nte,, se desar desarro rollar llaron on m'todos de ingeniería que mejoraron los rendimientos de las t'cnicas más
populares para suelos contaminados 05 landfarming5, 5composting5, etc.1. En la actualidad, la biorremediación en"renta un nuevo reto: el de convencer a las compa*ías y a los organismos o&ciales de su alto potencial. En algunos países, la biorremediación "ue una t'cnica poco reconocida y marginada, hoy en día se ha convertido en una verdadera industria. Esta 3industria4 busca seguir mejorando en sus líneas interdisciplinares, que se pueden resumir en los siguientes puntos:
Integración en el proceso de t'cnicas innovadoras que ayuden a
comprender y controlar los "enómenos de transporte de nutrientes y otros posibles aditivos.
Desarrollo de t'cnicas rápidas de biología molecular que permitan
caracteriar
las
poblaciones
indígenas
de
los
emplaamientos
contaminados así como su potencial enimático. E!ploración de las implicaciones del concepto de biodisponibilidad 05bioavailability 51 de&nido por las propiedades "ísicoquímicas de los contaminantes. ;e trata de un "actor que en muchos casos está limitando la biodegradación y en otros reduciendo la to!icidad de los contaminantes. Desarrollo de&nitivo de t'cnicas de bioaumentación realmente )tiles.
I&. ANTECEDENTES E%+#*o% 3)'*o% +5+"o 6 !+o)77
&. OBETI&OS 8.1 OBETI&O GENERAL
Dar a conocer la importancia ecológica de la biorremediación, la cual se presenta como una alternativa a los m'todos tradicionales de limpiea de residuos peligrosos persistentes en el medio ambiente.
8.2 OBETI&OS ESPECÍ9ICOS:
;aber cuán importante son los microorganismos 0hongos, bacterias1 y el papel que juegan en el proceso.
/a biorremediación tiene como objetivo promover el crecimiento de poblaciones idóneas de microorganismos que puedan degradar contaminantes.
=odo
económicotecnológico
y
natural
de
contrarrestar
la
contaminación ambiental.
$odemos realiar pruebas de ensayo error para determinar que organismos trabaja mejor a condiciones patrones.
&I. IMPORTANCIA /os
procesos
naturales
de
biorremediación
y
&torremediación
0remediación por plantas1 se han usado desde hace siglos> tal es el caso de la desaliniación de terrenos agrícolas por la acción de plantas capaces de e!traer las sales. /a biorremediación usando microorganismos "ue inventada por el cientí&co norteamericano ?eorge =. @obinson. Aste trabajó como ingeniero petrolero asistente de la compa*ía ;anta =aría de
;e puede clasi&car a la biorremediación como in situ o e! situ. /a primera consiste en tratar el material contaminado en el lugar en que se encuentra sin trasladarlo a otra parte. 2lgunos ejemplos de estas tecnologías consisten en operaciones de compostaje, la ventilación biológica, la utiliación de biorreactores, la <ración por raíces o la estimulación biológica. En los procesos e! situ el material contaminado es trasladado a otro lugar para realiar o completar su descontaminación. o todos los contaminantes son "áciles de biorremediar por medio de microorganismos. $or ejemplo, los metales pesados como el cadmio y el plomo y el mercuriono son absorbidos o capturados por estos organismos. /a incorporación de algunos de estos metales dentro de la cadena alimentaria 0bioacumulación1 agrava el problema. ;e puede usar la remediación por medio de plantas o &torremediación. Es muy )til en estos casos porque es posible usar plantas transg'nicas que concentren estas to!inas en sus partes a'reas 0sobre la tierra1, las cuales pueden ser cosechadas y eliminadas.B /os metales pesados obtenidos de esta cosecha pueden ser concentrados a)n más por incineración para ser desechados o bien reciclados para usos industriales. /a eliminación de una gran variedad de contaminantes del medio ambiente requiere un conocimiento creciente de la relativa importancia de sus ciclos químicos y redes de regulación del ciclo del carbono en diversos ambientes y para cada compuesto en particular.
&II. 9UNDAMENTO TEÓRICO BIORREMEDIACIÓN
/a biorremediación es una tecnología que utilia el potencial metabólico de los microorganismos 0"undamentalmente bacterias, pero tambi'n hongos y levaduras1 para trans"ormar contaminantes orgánicos en compuestos más simples poco o nada contaminantes, y, por tanto, se puede utiliar para limpiar terrenos o aguas contaminadas. ;u ámbito de aplicabilidad es muy amplio, pudiendo considerarse como objeto cada uno de los estados de la materia: Sólido.
sedimentos, o bien directamente en lodos, residuos, etc.
Líquido. 2guas super&ciales y subterráneas, aguas residuales.
Emisiones industriales, así como productos derivados del tratamiento de aguas o suelos. Gases.
ambi'n se puede realiar una clasi&cación en "unción de los contaminantes con los que se puede trabajar: #idrocarburos de todo tipo 0ali"áticos, aromáticos, FEX, $2#s,...1.
#idrocarburos clorados 0$
Metales pesados. Estos no se metabolian por los microorganismos
de manera apreciable, pero pueden ser inmoviliados o precipitados.
Otros
contaminantes.
"enoles, etc. /os microorganismos trans"orman y metabolian aeróbicamente los hidrocarburos y otros compuestos orgánicos hasta dió!ido de carbono, agua y "uentes de alimento para sustentar su crecimiento y reproducción, es decir, la biodegradación ocurre naturalmente. Es conocido que los microorganismos indígenas tienen la capacidad de adaptarse y eventualmente degradar cualquier compuesto orgánico natural sin asistencia del hombre> sin embargo, esta adaptación requiere la presencia de condiciones ambientales apropiadas tales como el p#, temperatura, el aceptor &nal de electrones 0que en procesos aeróbicos es el o!ígeno1, concentraciones de contaminante no tó!icas para los microorganismos y adecuadas condiciones de humedad y conductividad del medio, entre las más importantes. /a ausencia de alguna o varias de las anteriores condiciones puede limitar parcial o totalmente la actividad biológica y es cuando la mano del hombre juega un papel "undamental en la optimiación del proceso, ya sea mejorando estas condiciones para aumentar la población de microorganismos 0bioaumentación1 yGo manipulando gen'ticamente los microorganismos para la degradación especí&ca de algunos compuestos químicos. 9UNDAMENTACIÓN BIOQUÍMICA DE LA BIODEGRADACIÓN
El "undamento bioquímico de la biorremediación se basa, principalmente, en la serie de reacciones de ó!idoreducción 0cuyo &n es la obtención de energía1 que se producen en la cadena respiratoria, o transportadora de electrones de las c'lulas. /a cadena la inicia un sustrato orgánico
0compuestos hidrocarburados1 que es e!terno a la c'lula y que act)a como dador de electrones, de modo que la actividad metabólica de la c'lula acaba degradando y consumiendo dicha sustancia 0=aroto 2rroyo, articulo internet1. /os aceptores más com)nmente utiliados por los microorganismos son el o!ígeno, los nitratos, el hierro 0III1, los sul"atos y el dió!ido de carbono. sin embargo, si utilia los sul"atos o el dió!ido de carbono se produce en condiciones reductoras o anaerobias, y los procesos de biodegradación serán de tipo anaerobio.
9ACTORES QUE CONDICIONAN LA BIORREMEDIACIÓN DE UN SUELO
/a biodegradabilidad de una mecla de hidrocarburos presente en un suelo contaminado depende de diversos "actores, los cuales como pueden clasi&carse en cuatro grupos: •
=edio ambientales.
•
(ísicos.
•
Huímicos.
•
=icrobiológicos.
9!+o)'% ('#*o !(/*'+!"'%
/os "actores medio ambientales son aquellos necesarios a la hora de proporcionar las condiciones óptimas para el crecimiento de los microorganismos que llevan a cabo la recuperación. /os microorganismos son muy sensibles a los cambios de temperatura, p#, disponibilidad de nutrientes, o!ígeno y humedad.
El pH. "ecta signi&cativamente la actividad microbiana. En consecuencia,
cuanto mayor sea la diversidad de microorganismos e!istentes, potencialmente mayor será el rango de tolerancia. o e!isten unas condiciones preestablecidas que sean óptimas en todos los casos, pero en t'rminos generales el crecimiento de la mayor parte de los microorganismos es má!imo dentro de un intervalo de p# situado entre C y . En general, el p# óptimo para las bacterias heterótro"as es neutro 0p# C 1, mientras que es más ácido para los hongos 0p# J1. El p# óptimo establecido para procesos de biodegradación es neutro 0p# 8, 8,. 2sí mismo el p# tambi'n a"ecta directamente en la solubilidad del "ós"oro y en el transporte de metales pesados en el suelo. /a acidi&cación o la reducción del p# en el suelo se puede realiar adicionando au"re o compuestos del au"re.
Temperatura . Es uno de los "actores ambientales más importantes que
a"ecta la actividad metabólica de los microorganismos y la tasa de biodegradación. ?eneralmente, las especies bacterianas crecen a intervalos de temperatura bastante reducidos, entre K- y L- M< 0condiciones mesó&las1, decreciendo la biodegradación por desnaturaliación de las enimas a temperaturas superiores a - M< e inhibi'ndose a in"eriores a - M<. ;in embargo, tambi'n se ha dado la biodegradación de hidrocarburos a temperaturas e!tremas: NNB-M< en suelos subárticos y subalpinos. NNJM< en suelos árticos. NNC-M< por una cepa termó&la de !acillus stearot"ermop"ilus aislada de un suelo contaminado con crudo de petróleo del desierto OuPaití.
Humedad. /os microorganismos requieren unas condiciones mínimas de
humedad para su crecimiento. El agua "orma parte del protoplasma bacteriano y sirve como medio de transporte a trav's del cual los compuestos orgánicos y nutrientes son moviliados hasta el interior de las c'lulas. %n e!ceso de humedad inhibirá el crecimiento bacteriano al reducir la concentración de o!ígeno en el suelo 0el rango varía en "unción de la t'cnica1.
$or lo anterior, la humedad del suelo puede limitar de "orma severa la biodegradación, "undamentalmente en suelos super&ciales a"ectados por oscilaciones importantes en el contenido de agua. o obstante el nivel óptimo de humedad depende de las propiedades de cada suelo, el tipo de
contaminación y si la biodegradación es aeróbica o anaeróbica. El oxígeno. Es el aceptor &nal de electrones generalmente empleado en procesos biológicos y tambi'n es necesario en determinados tipos de reacciones de o!idación Q reducción cataliada por enimas. /os microorganismos, o!idan compuestos orgánicos o inorgánicos, obteniendo así la energía necesaria para su crecimiento. El proceso de o!idación da lugar a electrones que intervienen una cadena de reacciones en el interior de la c'lula y, al &nal, deben ser vertidos en el entorno. El aceptor &nal de electrones es el receptor de los mismos y, en el caso de un metabolismo aerobio, RK es el aceptor y #KR es el producto. /a mayor parte de hidrocarburos presentes en los productos petrolí"eros son degradados con mayor e!tensión y rapide de "orma aeróbica 0RK como aceptor &nal de electrones1, ya que en ausencia de RK, y en presencia de aceptores de electrones alternativos 0RL, ;RK, ?rishchenOov et al., K---> Foopathy, K--K> =assias et al., K--L1. #ecesidad de nutrientes inorg$nicos. El metabolismo microbiano está
orientado a la reproducción de los organismos y 'stos requieren que los constituyentes químicos se encuentren disponibles para su asimilación y sintetiación. /os nutrientes principalmente requeridos son el "ós"oro y el nitrógeno, por tanto, las concentraciones asimilables de dichos elementos presentes en el suelo, suelen ser limitantes para un incremento y activación de la población microbiana, mientras que otros nutrientes esenciales como el
de
hidrocarburos
en
suelos
contaminados.
/as
proporciones molares de <::$, descritas en la bibliogra"ía, respecto al
contenido de carbono a degradar son muy distintas> el rango normal de <::$ depende del sistema de tratamiento a emplear, siendo de modo habitual B--:B-:B. 2unque en general la adición de "uentes inorgánicas de y $ al suelo es bene&ciosa para los procesos de biodegradación, de igual manera, el uso e!cesivo de nutrientes inorgánicos tambi'n puede inhibir los procesos de biodegradación. $ara evitar el e!ceso de nutrientes, así como la p'rdida de los mismos por li!iviación, tambi'n se han utiliado "ertiliantes inorgánicos oleo"ílicos de liberación lenta para la biorremediación de suelos contaminados. 2demás es importante destacar que la acción de los nutrientes inorgánicos puede estar limitada debido a la interacción química con los minerales del suelo. 0El amonio se puede unir a las arcillas por intercambio catiónico y el "os"ato puede unirse y precipitar con iones calcio, hierro y aluminio1. 9!+o)'% $5%*o%
/os "actores "ísicos de mayor importancia en la biorremediación son la biodisponibilidad, la presencia de agua y la provisión de un aceptor de electrones adecuado, por ejemplo, el o!ígeno.
Biodisponibilidad. /a tasa de degradación depende tanto de la
capacidad de transporte y del metabolismo microbiano, como de la trans"erencia de masas del compuesto. /a relación entre estos "actores se conoce como biodisponibilidad.
En los suelos uno de los "actores limitantes para la biodegradación es la trans"erencia de masas, ya que los microorganismos de los suelos contaminados, suelen tener amplias capacidades biodegradativas al estar e!puestos a una gran variedad de compuestos orgánicos di"erentes. $or lo tanto la adsorción, la absorción, desadsorción, disolución y la di"usión son "enómenos, propios de la trans"erencia de masas, que condicionan la biodisponibilidad de los contaminantes. %n "enómeno que a"ecta de "orma negativa a la biodisponibilidad de los contaminantes es el envejecimiento o ageing que se de&ne como la p'rdida de la biodegradabilidad de los compuestos a lo largo del tiempo en el suelo 0aunque la población microbiana mantenga intacto su potencial catabólico1, el cual es más
importante en suelos con elevado contenido en materia orgánica. Este e"ecto se produce por una serie de "enómenos como son: la adsorción con la materia particulada del suelo, absorción a la materia orgánica del suelo, a la baja di"usividad de los compuestos, principalmente desde los microporos> a la disolución en "ases líquidas no acuosas 0(/2s1, o a la "ormación de uniones covalentes con la materia orgánica e inorgánica del suelo.
Presencia de agua. Asta es necesaria ya que, como se ha visto con
anterioridad, los microorganismos toman en carbono orgánico, los nutrientes inorgánicos y los aceptores de electrones, necesarios para el crecimiento microbiano, de la "ase líquida. $or lo tanto, el agua debe estar en contacto con los contaminantes estar presente en cantidades que permitan el desarrollo de las comunidades microbianas. ;in embargo, el agua puede llegar a inhibir el Uujo de aire y reducir el sumito de o!ígeno necesario para la respiración microbiana. E!isten valores de humedad óptima para biorremediación de terrenos no saturados, que habitualmente están entre BJ- y KJ- grados de agua por Og de terreno seco. 9!+o)'% ;5(*o%
El "actor químico más importante en la biorremediación es la estructura molecular del contaminante, cómo 'sta a"ecta a sus propiedades químicas y "ísicas y su capacidad para ser biodegradado. /a capacidad para ser biodegradado está relacionada con "actores tales como la solubilidad, el grado de rami&cación, el grado de saturación y la naturalea y el e"ecto de los sustituyentes. Estructura química. /a inherente biodegradabilidad de un hidrocarburo depende, en gran medida, de su estructura molecular. ;iendo los parámetros que más van a a"ectar la halogenación, la e!istencia de rami&caciones, la baja solubilidad en el agua y la di"erente carga atómica. De las distintas "amilias de hidrocarburos del petróleo, los nalcanos y los alcanos rami&cados 0isoprenoides1 de cadena intermedia 0
degradar debido a su 0elevado peso molecular1 y su baja solubilidad en agua. /os cicloalcanos, por norma general, se degradan más lentamente que los nalcanos y alcanos rami&cados. De igual "orma, los #2$s que contienen de K a L anillos aromáticos pueden ser biodegradados e&camente en el suelo en condiciones ambientales óptimas, mientras que los #2$ de anillos, y especialmente, los de J o más anillos benc'nicos presentan una mayor recalcitrancia inherente y una baja solubilidad. /as "racciones de resinas y as"altenos son las que presentan una menor degradabilidad debido a las complejas estructuras químicas y al elevado peso molecular de sus mol'culas. 9!+o)'% (*)o/*o"<=*o%
El "actor microbiológico más importante en la biorremediación es la trans"ormación biológica de compuestos orgánicos, cataliada por acción de las enimas. /a biodegradación de un compuesto especí&co es "recuentemente un proceso que se realia paso a paso en el cual se involucran muchas enimas y muchos organismos. /as enimas son especí&cas en t'rminos de los compuestos que atacan y las reacciones que catalian. =ás de una enima es normalmente requerida para romper una sustancia orgánica. (recuentemente, los organismos que tienen las enimas para degradar están presentes en el suelo. E!isten varias clases de microorganismos: mohos, levaduras, bacterias, actinomicetos, protooos, algas, virus.
ama*o comparativo de algunos microorganismos 0 %uente& ;tanier et al, B91 El suelo es un ambiente muy apropiado para el desarrollo de los microorganismos tanto eucariotas 0algas, hongos, protooos1 como procariotas 0bacterias y arqueas1, además de encontrar virus y bacterió"agos. odos estos organismos establecen relaciones entre ellos en "ormas muy variadas y complejas y tambi'n contribuyen a las características propias del suelo por su papel en la modi&cación de las "ases sólida, líquida y gaseosa antes mencionadas. /os microorganismos desempe*an "unciones de gran importancia en relación con procesos de eda"og'nesis> ciclos biogeoquímicos de elementos como el carbono, el nitrógeno, o!ígeno, el au"re, el "ós"oro, el hierro y otros metales> "ertilidad de las plantas y protección "rente a patógenos> degradación de compuestos !enobióticos, etc. En un suelo agrícola están presentes alrededor de B-B- organismos por g de suelo y constituyen una biomasa de apro!imadamente BJ-- Og por #a. %n gramo de suelo "'rtil puede contener J m de micelio ")ngico, B- c'lulas bacterianas, B-C esporos de actinomicetos. /os microorganismos hacen parte "undamental de los procesos de biorremediación. En gran parte, las bacterias casi siempre son los degradadores primarios, aunque en algunas ocasiones los hongos juegan un papel importante. /as bacterias desempe*an el papel de mayor importancia en la biodegradación de contaminantes orgánicos en suelos> los hongos tambi'n metabolian compuestos orgánicos pero no son tan e&cientes como las bacterias. •
B!+')*!%
/as bacterias son el grupo de organismos más abundante en los suelos y la cantidad de especies presentes en el mismo parece relativamente constante alrededor del mundo. Dichos organismos son un grupo diverso con variaciones e!tensivas en las propiedades mor"ológicas, ecológicas y &siológicas y son los principales degradadores de compuestos orgánicos naturales y !enobióticos encontrados en el suelo. /as más comunes son 'seudomonas(
rt"robacter(
c"romobacter(
Micrococcus(
)ibrio(
cinetobacter( !revibacterium( *orynebacterium y %lavabacterium. $or su
diversidad, las bacterias se encuentran regularmente en comunidades heterog'neas> algunas especies son degradadores primarios, es decir, ellas inician la degradación de la materia orgánica en el suelo> otras crecen en compuestos resultantes de la degradación parcial de complejos orgánicos o productos residuales de degradadores primarios. /as bacterias tienen tres apariencias "ísicas generales:
Es"'ricas 0cocos1
(orma de bastones 0bacilos1
(orma de espiras 0espirilos1
W se clasi&can usando sus características "ísicas, químicas, gen'ticas y metabólicas.
El uso y tolerancia al o!ígeno que es uno de los m'todos más generales de clasi&cación. /os aerobios estrictos son bacterias que requieren o!ígeno como aceptor &nal de electrones y crecen solamente en presencia del mismo. /as aerobias facultativas son bacterias que pueden utiliar aceptores de electrones terminales alternativos y crecer en presencia o ausencia de o!ígeno. 2lgunas anaerobias son tolerantes al o!ígeno, pero 'ste es tó!ico a muchas anaerobias estrictas. /as bacterias tambi'n se pueden clasi&car como eutro"as, las cuales crecen en presencia de altas concentraciones de sustratos, y oligotro"as, las cuales crecen con concentraciones traas. /os actinomicetos son un grupo intermedio entre las bacterias procariotas más primitivas y los hongos eucariotas> 'stos están presentes en un gran n)mero de suelos. oleran un intervalo amplio de p# y temperatura, crecen bajo condiciones limitadas de nutrientes y son resistentes a desecación. 2unque su tasa de crecimiento es más baja que la de las
bacterias, la habilidad de los actinomicetos para crecer en condiciones adversas permiten a estos predominar cuando las condiciones del medio son di"íciles. 2lgunas bacterias son capaces de "ormar esporas cuando las condiciones de crecimiento son muy adversas, como cuando el suelo está seco o cuando los nutrientes están limitados. /as esporas son muy resistentes al calor y no son "áciles de destruir por radiación u otros "actores químicos tales como ácidos y desin"ectantes. /as bacterias "ormadas de esporas son muy comunes en suelos donde las condiciones pueden ser muy variables. •
>o=o%
/os hongos son altamente protistas, no tienen movimiento y emplean materia orgánica como "uente de carbono y energía. 2lgunos de los hongos mejor conocidos son mohos, levaduras y setas.
de
un
2specto moho.
2specto de una levadura y una seta En comparación con las bacterias, los hongos son menos numerosos y crecen a velocidades considerablemente bajas> además, los procesos
metabólicos de 'stos son menos diversos.
%n hongo que tiene un considerable potencial en el tratamiento de compuestos orgánicos peligrosos es '"aneroc"aete c"rysoporium , hongo de la podredumbre blanca. Este organismo produce una encima e!tracelular pero!idasa que degrada la lignina en presencia del peró!ido> se ha encontrado que degrada una alta variedad de compuestos altamente clorados y recalcitrantes. El uso de dicho hongo está limitado para condiciones en las cuales el nitrógeno est' limitado porque la pero!idasa no se produce de otra manera. •
M*)oo)=!*%(o% o)'+o%
/os
microorganismos
aislados
en suelos poseen actividades de
pero!idasas y o!igenasas, que permiten la o!idación de algunas "racciones del petróleo. Esta o!idación cambia las propiedades de los compuestos haci'ndolos susceptibles a ataques secundarios y "acilitando su conversión a bió!ido de carbono y agua. @hodococcus. %no de los g'neros bacterianos más e!plotados en bioprocesos no convencionales es @hodococcus, un grupo )nico consistente en microorganismos que presentan una gran diversidad metabólica, capa de trans"ormar, biodegradar y utiliar como )nica "uente de carbono compuestos hidró"obos. E" Rhododoccus posee una gran variedad de vías metabólicas para la
degradación y modi&cación de compuestos aromáticos, incluyendo las actividades de dio!igenasa y monoo!igenasa sobre anillos, así como la actividad de ruptura de catecol. 2lgunas cepas presentan tambi'n la vía del Lo!oadipato. /o anterior sumado a su capacidad de crecimiento en medios con escasos nutrientes, la carencia de un sistema de represión catabólica y su persistencia ambiental las hacen e!celentes candidatas para los tratamientos de biorremediación. Dentro de las aplicaciones
industriales y ambientales, se incluye la producción de ácido acrílico y acrilamida, conversión de esteroides, biorremediación de hidrocarburos clorados y "enoles, a lo que se a*ade su gran capacidad de degradar hidrocarburos ali"áticos halogenados y numerosos compuestos aromáticos, como los #2$s 0hidrocarburos policíclicos aromáticos1. uevas especies de +"odococcus que presentan una nueva mutación tienen la capacidad de degradar compuestos ali"áticos con enlaces dobles principalmente en el noveno carbono del grupo metilo terminal 0alquenos1. Pseudomonas
/as bacterias de este g'nero poseen la habilidad para utiliar diversos substratos, incluyendo aquellos creados por el petróleo. /as 'seudomonas son bacterias ?ram negativas, obicuas, que pertenecen a la subclase gamma de las $roteobacterias. /as 'seudomonas son bacterias productoras de biosur"actantes. 2lgunos microorganismos productores de biosur"actantes e!tracelulares solubilian y "acilitan la penetración de los hidrocarburos a trav's de la pared celular hidro"ílica> contienen además enimas degradadoras de hidrocarburos en la membrana citoplasmática. /a 'seudomonas aeruginosa , es otro de los microorganismos más usado y estudiado en biorremediación. Estudios con relación al desempe*o metabólico de esta 'seudomona ha permitido identi&carla como degradadora de gran cantidad de sustratos como el n he!adecano, mineraliación de compuestos ali"áticos en condiciones anaerobias, y degradadora de hidrocarburos aromáticos y poli aromáticos.
MÉTODOS DE BIORREMEDIACIÓN
El t'rmino biorremediación se aplica a cualquier sistema o proceso en el que se empleen m'todos biológicos para trans"ormar contaminantes en el suelo o en las aguas. /a biorrecuperación en suelos contaminados puede llevarse a cabo 3 ,n Situ-& e!cavando el terreno y tratándolo a pie de e!cavación, o bien 3 E Situ-( en instalaciones aparte. E!isten parámetros
que aumentan o disminuyen la probabilidad de obtener buenos resultados en el proceso de biorremediación en un medio contaminado por hidrocarburos. /a t'cnica apropiada para llevar a cabo este proceso, debe ser el resultado de la valoración de una serie de variables y de características del sitio o del contaminante a tratar. BIORREMEDIACIÓN ?IN SITU@
Este tipo de tratamiento normalmente es la opción más adecuada para la recuperación de suelos, ya que no es necesaria la preparación y e!cavación del material contaminado. o obstante, antes de decidir el tipo de tratamiento deben valorarse numerosos "actores entre los que se destacan:
Impacto ambiental en la ona.
2ctividades industriales que pueden verse a"ectadas.
/a di&cultad de acceso a la ona contaminada para proveer de o!ígeno y nutrientes.
/a determinación del porcentaje de tratamiento.
/a velocidad del proceso.
El potencial peligro de e!tensión de la contaminación. El m'todo de la biorremediación 3 ,n Situ- de suelos se puede dividir en dos tipos: tratamiento de compuestos volátiles y tratamiento de compuestos semivolátiles y no volátiles. /as t'cnicas más utiliadas se ven con detalle a continuación:
•
B*o!*)'!*< o /*o'+'o
Es una variante de la t'cnica de e!tracción de gas con vapor 03;oil ?as E!traction4 o 3Yolatiliación41, que consiste en suministrar aire al terreno contaminado para promover la actividad de los microorganismos presentes en el subsuelo y biodegradar los hidrocarburos. El aire se suministra mediante un sistema de e!tracción e inyección. $ara dise*ar
estos sistemas es necesario conocer la permeabilidad del suelo a los gases, con el &n de determinar el radio de inUuencia de los poos de venteo, la distancia entre poos y las dimensiones de los equipos de inyección. /a bioaireación generalmente se lleva a cabo en áreas poco pro"undas y peque*as> a menudo es "actible la instalación de barreras para guiar el Uujo, el uso de cubiertas, un control intensivo, un plan de muestreo y un sistema de ventilación. %na característica determinante en la selección de esta t'cnica es el tipo de contaminante, puesto que es de mayor e"ectividad donde los contaminantes tienen baja volatilidad. 2demás se deben tener en cuenta las características "ísicas del suelo, la pro"undidad de la ona contaminada y el potencial para transportar contaminantes "uera de la ona. Ventajas.
Es una t'cnica altamente e"ectiva para tratar contaminaciones con compuestos con baja presión de vapor 0menos de B mm#g1, ya que su tasa de degradación es mucho mayor que la de volatiliación 0=atthePs, B99L1.
Desventajas.
/as limitantes de este m'todo son:
ipo y concentración del contaminante.
$erdida de nutrientes en el subsuelo.
Fajo contenido de humedad del suelo y la di&cultad de lograr el caudal de aire a trav's de la ona contaminada> por ello requiere características especiales del suelo en cuanto a humedad, porosidad, conductividad hidráulica, etc.
@equiere largos períodos de tiempo para obtener la concentración &nal de hidrocarburo deseada. /os tiempos de limpiea pueden durar de meses a a*os.
/a descontaminación puede llevarse a cabo por e"ecto de la volatiliación de compuestos más que por su biodegradación.
•
I6'*< #' !*)' ! 3)'%*<
/ipo de suelo. /os suelos deben contener bajos contenidos en arcilla
y ser lo más homog'neamente posible, con un valor de
permeabilidad al aire adecuado 0V B-B- cmK1. /os aportes de o!ígeno deben ser su&cientes, así como la e!istencia de "uentes de carbono, aceptores de electrones y energía su&cientes.
Deben e!istir unas condiciones óptimas de p# 0C a 1, de humedad 0BK a L-Z en peso1, potencial redo! mayor de J- mY, temperatura entre - y - M< y los nutrientes del suelo en relación :$ de B-:B.
Ventajas.
Es un proceso e!celente para casos donde los compuestos volátiles son los contaminantes principales.
ecesidad de tiempos de actuación cortos 0meses1.
o requiere área adicional para llevar a cabo el tratamiento, ni el uso de maquinaria pesada.
Desventajas.
El principal problema es la biodisponibilidad de los microorganismos.
biodisponibilidad. En este sistema hay poco control del movimiento del agua
subterránea y los contaminantes, lo cual puede acelerar y agravar la e!tensión de la contaminación. En cuanto a las pro"undidades, la literatura recomienda pro"undidades mínimas apro!imadas de B,K metros, necesarias para con&nar adecuadamente el aire inyectado> y má!imas apro!imadas de 9 metros, por debajo de las cuales sería muy di"ícil controlar la dirección del desplaamiento del aire.
/os cambios en la litología del suelo pueden a"ectar la dirección y la velocidad del Uujo, más a)n si se tiene en cuenta que el aire a presión viaja aceleradamente.
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A+'!*< !+)!"
/a atenuación natural, aunque no está considerada como una t'cnica de descontaminación propiamente dicha, está englobada dentro de las t'cnicas de remediación 3In ;itu4. ;u característica principal es la utiliación de los procesos &sicoquímicos de interacción contaminante suelo y los procesos de biodegradación que tienen lugar de "orma natural en el medio. Estos procesos se conocen como procesos de biotrans"ormación natural. /os procesos de biotrans"ormación natural son aquellos que van a reducir la concentración de los contaminantes y entre los que se encuentran la dilución, dispersión, volatiliación, adsorción, biodegradación y aquellas reacciones químicas que se producen en el suelo y que contribuyen de alguna "orma a la disminución de la
contaminación. Esta t'cnica se aplica en aquellos casos en los que e!ista contaminación producida por hidrocarburos de tipo halogenado o no halogenado. /a atenuación natural puede darse en presencia 0condiciones aeróbicas1 o ausencia de o!igeno 0condiciones anaeróbicas1. En presencia de o!ígeno los microorganismos convierten en )ltima instancia los contaminantes en dió!ido de carbono, agua y masa celular microbiana 0mineraliación1. En el caso de escase de o!ígeno, los microorganismos dependen de otros aceptores de electrones disponibles 0nitrato, sul"ato, "ormas o!idadas de (e o =n,...1. ;e trata de una biodegradación anaerobia, cuyos mecanismos y signi&cado se están comenando a comprender en los )ltimos a*os. Entre los "actores que inUuyen en la e&cacia y viabilidad de la atenuación natural destacan:
L! e!istencia de unas condiciones geológicas y geoquímicas
"avorables. /as necesidades de reducción de la masa contaminante en un intervalo raonable de tiempo 0meses a a*os1, tanto en la super&cie del suelo como en la ona más sub super&cial del mismo.
/a concentración de los compuestos utiliados como aceptores de electrones en condiciones anaerobias debe ser superior a -,KB mgGl para nitratos, la de (eLS para que pueda ser reducido a (eKS debe
ser superior a KB, mgGl y la de sul"atos mayor de -,KB mgGl. El potencial redo! debe estar situado entre un rango de -- y -mY.
Deben e!istir unas condiciones óptimas de p# 0C a 1, de humedad
0BK a L-Z en peso1, temperatura entre - y - M< y los nutrientes del suelo en relación :$ de B-:B. E!istencia de un coe&ciente de retardo "avorable para que se producan los "enómenos de sorción con su&ciente e&cacia.
;i se aportan al medio algunos de los elementos de los que carece o bien se potencian los e!istentes, se "avorece la eliminación del posible contaminante. En muchos casos este tipo de intervención será necesario
para re"orar el proceso natural o bien para implantar unas condiciones que reducan el riesgo. En esto se basan la bioestimulación y la bioaumentación, que son apro!imaciones biotecnológicas de la atenuación natural. Ventajas.
Es una t'cnica de biorremediación 3In ;itu4 de muy bajo costo. $uede darse en presencia o ausencia de o!ígeno, por tanto no se hace necesario adicionar o!ígeno al medio contaminado.
Desventajas.
/a e!igencia de protección y el riesgo de los potenciales receptores durante el tiempo que dura la atenuación.
$roducción y conservación en el medio de subproductos de carácter persistente o más tó!ico que los iniciales, durante y despu's de la atenuación natural.
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B*o'%+*("!*<
En este sistema, el agua subterránea es conducida a la super&cie por medio de un sistema de poos de e!tracción, se acondiciona en un reactor para volverla a inyectar y estimular la degradación bacteriana de los contaminantes del subsuelo y del acuí"ero. En el reactor en super&cie se agregan al agua: nutrientes, o!ígeno, microorganismos previamente seleccionados y adaptados, y el eUuente se retorna al subsuelo por medio de poos de inyección, aspersores super&ciales o galerías de in<ración distribuidas a lo largo y ancho del sitio que se requiere remediar. 2lgunas veces esta t'cnica utilia biosur"actantes para ayudar al lavado de contaminantes del suelo. /as características determinantes en la selección, el '!ito o el "racaso de esta t'cnica de remediación son:
/ipo de suelo. /os suelos deben ser lo más homog'neos posible, con un
valor de porosidad y permeabilidad al aire adecuado 0V B-B- cmK1. Deben e!istir unas condiciones óptimas de p# 0C y 1, de humedad 0BK L-Z en peso1, temperatura entre - y - M< y los nutrientes del suelo en relación :$ de B-:B.
Ventajas.
Esta t'cnica es muy )til en el tratamiento de e!tensas onas contaminadas de centros industriales donde no es posible o conveniente parar el proceso operativo para realiar el tratamiento requerido.
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B*o!('+!*<
Rtras líneas de investigación han llevado a la introducción de microorganismos aclimatados o incluso modi&cados gen'ticamente en el medio, con el &n de mejorar la biodegradación. Esta t'cnica "unciona en condiciones de laboratorio o birreactor, pero en ambientes e!ternos 0suelo o agua1 su implantación depende de una serie de "actores. $resencia de to!inas, nutrientes y condiciones ambientales, movilidad yGo distribución de los microorganismos y la presencia de abundante materia orgánica. /os microorganismos a*adidos deben sobrevivir a los depredadores y competir con '!ito con la población autóctona antes de ocupar los nichos potenciales. En general, los ambientes más selectivos y la utiliación de consorcios microbianos "avorecen la bioaumentación. Ventajas.
o requiere área adicional para llevar a cabo el tratamiento, ni el uso de maquinaria pesada.
Desventajas.
El tama*o de la población de microorganismos degradadores crece rápidamente como respuesta a la contaminación del medio y es muy di"ícil, si no imposible, incrementar la población microbiana más allá de esos valores.
BIORREMEDIACIÓN ?E SITU@
Dos son los tratamientos que se distinguen cuando el procedimiento se realia "uera del lugar donde está la contaminación: tratamiento por vía
sólida y tratamiento por vía suspensión. /a biorrecuperación vía sólida se puede realiar por dos m'todos: tratamiento en lechos y tratamiento por compostaje. /a di"erencia "undamental entre ambos es el sistema de aireación, mientras que en el primero sólo se pueden tratar las capas de suelo menos pro"undas, en el compostaje se requiere la "ormación de grandes apilamientos de material degradable. En el tratamiento vía suspensión se e!cava el material contaminado y se traslada a un reactor. /a característica de este m'todo es la suspensión en un medio acuoso del suelo contaminado, es decir, el tratamiento se lleva a cabo bajo condiciones de saturación de agua. /a ventaja de estos procedimientos "rente a los primeros radica en la posibilidad de optimiar mejor los parámetros microbiológicos, así como el control del proceso> a cambio, lógicamente, de un mayor costo. •
D*%3o%**< %o/)' '" %'"o
ambi'n conocido como 3 Landfarming4, tratamiento en lechos o tratamiento vía sólida. Esta es la t'cnica más usada para la biorremediación de los lodos contaminados con hidrocarburos y de otros desechos de la industria petrolera. Esta t'cnica consiste en e!cavar los suelos contaminados, e!tenderlos sobre un área su&cientemente amplia y estimular las variables de incidencia en el proceso para promover la actividad de los microorganismos encargados de degradar los hidrocarburos. 2ntes de e!tender el suelo contaminado se deben adecuar las condiciones de la super&cie para controlar los li!iviados y las aguas lluvias. %na ve e!tendido el suelo contaminado se irriga con las soluciones de nutrientes, los microorganismos y los aditivos químicos en el caso que sean necesarios para la biodegradación. $eriódicamente se debe airear el suelo para suministrarle o!ígeno, con la ayuda de tractores y retroe!cavadoras 0aireación mecánica1 o sistemas de inyección de aire comprimido. 2demás, el espesor del suelo e!tendido debe ser menor de 8- u - cm, con el &n de permitir la trans"erencia de o!ígeno del aire atmos"'rico a la pila del suelo, El sitio donde se realice el tratamiento debe ser adecuado para el manejo de aguas lluvias y control de agua de
escorrentía. El suelo e!tendido debe tener una pendiente para retirar e!cesos de humedad en la pila. ;e deben construir canaletas o diques en tierra o suelo Q cemento para evitar la entrada de agua de escorrentía a la ona de tratamiento. En áreas de riesgo de contaminación de acuí"eros, se debe impermeabiliar la ona de tratamiento con sellos de arcilla o geomembranas para evitar el arrastre de hidrocarburos solubles de las lluvias hacia las aguas subterráneas. $ara empear el procedimiento, se hace una b)squeda y selección de bacterias nativas aisladas de las muestras de suelos que se encuentran contaminados, ya que estas tienen la capacidad catabólica para crecer bajo las condiciones "ísicoquímicas y de estr's a las que están sometidas, y tendrán un mejor desempe*o a la hora de la biorremediación. /a b)squeda comiena en el procesamiento de una muestra de suelo mediante una serie de diluciones, tratando de obtener aquellos mor"otipos cultivables> ya que una gran parte de los microorganismos del suelo no pueden ser recuperados en medios para el cultivo de microorganismos. 2demás de una b)squeda general, se realia una especí&ca a trav's de medios selectivos y di"erenciales, en la cual se pretende aislar ciertos mor"otipos como las 'seudomona sp. y bacterias lactosa positivas 0bacterias capaces de utiliar la lactosa1, debido a su bien conocida actividad degradadora de hidrocarburos. /uego, estas diluciones son sembradas en di"erentes medios de cultivo donde grandes "amilias de mor"otipos se hacen presentes> 'stas varían en densidad y diversidad. /a diversidad está determinada por los mor"otipos recuperados que se di"erencian seg)n su mor"ología macroscópica 0su aspecto "ísico1, mientras que la densidad está determinada por el n)mero total de individuos que pertenecen a un grupo con una mor"ología macroscópica com)n. Estos datos de densidad y diversidad son de gran valor. $rimero, porque indican acerca de la calidad microbiana del suelo, ya que un suelo que tiene gran n)mero de mor"otipos, es un suelo que tiene vida y por ende presenta una buena prospección para la biorremediación debido a su posible alta actividad microbiana. ;egundo, porque aquellos mor"otipos que se encuentren en mayor n)mero serán seleccionados por su habilidad para sobrevivir a la presión selectiva del
contaminante y para usarlo como "uente de energía y carbono, pues por eso están creciendo. Wa seleccionados los mor"otipos se con"orma un consorcio o pool de microorganismos degradadores de hidrocarburos y, utiliando la estrategia de bioaumentación, se hace una producción a mayor escala y en proporciones estrat'gicas de estos. En esta producción debe tenerse en cuenta el volumen de suelo contaminado para biorremediar, la concentración del contaminante y las clases de mor"otipos que se aislaron. /os "actores a tener en cuenta en la aplicación del 0Landfarming- son:
/a e!istencia de unas condiciones geológicas y geoquímicas "avorables.
El manejo de un consorcio microbiano sobre la utiliación de un solo
mor"otipo, debido a que los mor"otipos al estar en grupo pueden tolerar mejor los cambios "ísicoquímicos en el campo y sus actividades metabólicas pueden interactuar entre sí para la parcial o &nal biorremediación.
@esaltar la importancia que tiene la selección de microorganismos autóctonos 0aislados del lugar para la biorremediación1, debido a que estos mor"otipos se encuentran mejor adaptados al contaminante> a di"erencia de mor"otipos "oráneos, que aunque con una gran actividad biorremediadora, pueden no "uncionar bajo las condiciones ambientales del lugar.
Ventajas.
Es económico con respecto a otras t'cnicas de biorremediación.
Es un proceso considerado de bajo nivel tecnológico que no requiere e!igentes consideraciones de ingeniería, y a la ve permite una "ácil manipulación y control de las variables de dise*o y operación.
Desventajas.
@equiere grandes e!tensiones de terreno para disposición de suelos y no es viable si no se cuenta con su&ciente área.
de emisiones atmos"'ricas son e!igentes.
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B*o'"#!% o /*o3*"!%
/a t'cnica conocida como bioceldas o biopilas es un tratamiento de biorrecuperación en condiciones no saturadas, que consiste en la reducción de la concentración de contaminantes derivados del petróleo en suelos e!cavados mediante el uso de la biodegradación a partir de la construcción de un sistema cerrado que permita controlar li!iviados, hidrocarburos volátiles y algunas variables de dise*o mediante el suministro de nutrientes y o!ígeno a trav's de la pila del suelo. /a t'cnica consiste en la "ormación de pilas de material biodegradable de dimensiones variables, "ormadas por suelo contaminado y materia orgánica 0compost1 en condiciones "avorables para el desarrollo de los procesos de biodegradación de los contaminantes. En el "ondo de la pila el sistema cuenta con un aislante que generalmente son geomembranas o canales plásticos para el control de li!iviados. Estas pilas de compost pueden ser aireadas de "orma activa, volteando la pila, o bien de "orma pasiva, mediante tubos per"orados de aireación, con distribución permanente de nutrientes, microorganismos y aire. En principio, las biopilas se pueden aplicar a la mayoría de los compuestos orgánicos, siendo más e&ca en los compuestos de carácter más ligero. Entre los "actores que inUuyen en la aplicación de las biopilas se destacan:
/os hidrocarburos deben ser no halogenados y deben encontrarse en
el suelo en concentraciones menores a J-.--- ppm. Dada la necesidad de e!cavación y posterior depósito del suelo contaminado, se requiere una super&cie de trabajo relativamente grande cuyas dimensiones dependen del volumen de suelo a tratar.
ecesidad de una densidad de poblaciones microbianas 0VB.--<(%Ggramo de suelo1, condiciones de humedad 0- a JZ de capacidad de campo1, temperatura 0B- a JM<1, te!tura 0baja proporción de arcillas1, p# del suelo adecuadas 0C a 1 y baja presencia de metales pesados 0[ K.J-- ppm1.
/a concentración de nutrientes en el suelo cuyo rango normal de <::$ sea de B--:B-:B.
Ventajas.
Esta t'cnica es muy e&ciente en el tratamiento de residuos con
bajas concentraciones de hidrocarburos. $or ser un sistema cerrado permite un mayor control de las variables del proceso, como el control de condiciones climatológicas adversas 0baja temperatura o alto r'gimen pluviom'trico1.
Desventajas.
;i en el proceso se generan gases o vapores de hidrocarburos volátiles regulados por la autoridad ambiental, o las condiciones climatológicas de la ona pueden a"ectar negativamente la e&ciencia del proceso, la pila del suelo se debe cubrir con membranas o poner techo de "orma similar a los invernaderos. /os vapores generados en el proceso se deben colectar y tratar antes de
ser emitidos a la atmós"era. /o que incurre a costos adicionales.
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T)!+!(*'+o #' /*o%%3'%*<
ambi'n conocido como sistema birreactor o contacto líquidosólido. El procedimiento consiste en e!cavar el suelo contaminado y luego
introducirlo en un reactor a*adiendo nutrientes, agua, y los cultivos microbianos adecuados para que se lleve a cabo la degradación. ;e mecla bien y se airea la suspensión hasta que las trans"ormaciones de los compuestos seleccionados para su eliminación alcanan el nivel deseado. 2 continuación se detienen el meclado y la aireación, y se deja a los sólidos separarse de los Uuidos por sedimentación. El sedimento es retirado y, si la trans"ormación ha tenido '!ito, el suelo se devuelve a su lugar de origen, mientras que los líquidos se tratan como aguas residuales. El suministro de o!ígeno puede realiarse mediante aireación di"usa, turbina di"usora y aireación super&cial 0=etcal" y Eddy, B99B1. /a tasa de trans"erencia de o!ígeno necesaria es "unción de la tasa de degradación de los compuestos orgánicos y de la tasa de crecimiento microbiano. ;u determinación no es "ácil de hacer, sin embargo, las tasas de trans"erencia disminuyen al aumentar la concentración de sólidos suspendidos. El meclado y el suministro de nutrientes tambi'n son "undamentales, ya que por el primero se incrementa el contacto entre los microorganismos y los componentes contaminantes, dando como resultado un incremento de las velocidades de trans"erencia de masa y de reacción. /os nutrientes normalmente optimian la biorrecuperación por "avorecer el crecimiento de los microorganismos. $or otro lado, el meclado y la aireación ayudan a romper los Uóculos de tierra y a disolver los contaminantes. Ventajas.
En comparación con otros procesos de tratamiento, los reactores vía suspensión proporcionan el mayor contacto entre los contaminantes, los microorganismos, el o!ígeno, el agua y los nutrientes.
/a capacidad de controlar los sistemas del tratamiento vía
suspensión es mucho mayor y por tanto puede ser la tecnología más e"ectiva. El tratamiento vía suspensión puede aplicarse en particular a los suelos contaminados con residuos oleosos y de consistencia alquitranada 0siendo estos compuestos di"íciles de biodegradar1.
Es más rápido y requiere menos super&cie que otros sistemas.
Desventajas.
Debido al energ'tico meclado y a la aireación "orada se "avorece el escape de emisiones de aire, por ello la suspensión no es una buena elección para suelos donde los compuestos volátiles sean mayoría.
Esta t'cnica demanda mayor cantidad de dinero a comparación de otras t'cnicas de biodegradación.
9ITORREMEDIACIÓN: OTRA ALTERNATI&A DE BIORREMEDIACIÓN
/a &torremediación constituye una variación de las t'cnicas de biorremediación, que se basa en el uso de plantas verdes y los microorganismos asociados a ellas así como las enmiendas del suelo y t'cnicas agronómicas dirigidas a liberar, contener, o trans"ormar en compuestos inocuos a los contaminantes del suelo. Inicialmente, el t'rmino de &torremediación se asoció al uso de plantas capaces de bioconcentrar niveles inusuales de metales en sus tejidos. /a mayor parte de ellas están constituidas por peque*as plantas herbáceas que se desarrollan en onas metal)rgicas naturales o en depósitos. #oy en día, las investigaciones en &torremediación se encaminan no sólo al tratamiento de contaminantes inorgánicos 0metales, metaloides, haluros y radionucleidos1, sino tambi'n al tratamiento de contaminantes orgánicos> algunas especies de plantas probadas con '!ito en la &torremediación de suelos contaminados con hidrocarburos del petróleo son: 1ea mays /., 'anicum maimun \acq., 'aspalum virgatum /., Ec"inoc"loa polystac"ya #.F.]., Sorg"um vulgare /., '"aseolus vulgaris /., '"aseolus coccineus /., *"amaecrista nictitans 0/.1 =oench., !rac"iaria bri2ant"a 0#ochst. e! 2. @ich1 ;tap"., /riticum aestivum /., Hordeum vulgare /., entre otras. 0@evista /atinoamericana de =icrobiología vol. . 2bril \unio de K--C1
/a &torremediación comprende tanto los procesos dirigidos a liberar el contaminante de la matri del suelo 0descontaminación1, como los encargados de secuestrarlos en dicha matri 0estabiliación1. 9ITODESCONTAMINACIÓN 9ITOESTABILIZACIÓN
/a 3todescontaminación es el proceso por el cual la concentración de contaminantes del suelo se reduce a niveles tolerables a trav's de la acción de las plantas, su microUora asociada y de las t'cnicas agronómicas apropiadas. 2 su ve, comprende los siguientes procesos: Es el proceso por medio del cual, tanto los contaminantes metálicos, como los contaminantes orgánicos del suelo, son absorbidos directamente por las plantas e incorporados a su biomasa, que con posterioridad será recolectada para su destrucción. itoextracci!n.
itovolatili"aci!n. $roceso por el cual las plantas y la actividad
microbiana asociada, a trav's de enimas especialiados, pueden trans"ormar, degradar y &nalmente volatiliar los contaminantes desde el suelo. /a volatiliación puede producirse tanto desde el sistema radicular como desde la parte super&cial del suelo. itodegradaci!n. Es el proceso mediante el cual las plantas toman el contaminante y lo metabolian trans"ormándolo en un material sin riesgos para el medio natural. Ri"odegradaci!n. Es el proceso por medio del cual las raíces de las plantas, su microUora asociada yGo los productos e!cretados destruyen el contaminante en la ona radicular. L! +o'%+!/*"*!*< es el proceso que está encaminado al secuestro y estabiliación de los contaminantes en los suelos. ;e utilian plantas tolerantes al contaminante, capaces de estabiliarlo mecánicamente, y por tanto impiden su transporte a otros medios, incluyendo el agua subterránea. TOLERANCIA DE LAS PLANTAS A LOS CONTAMINANTES
%na característica esencial en cualquier tecnología de &torremediación es la tolerancia de las plantas a los contaminantes, que se de&ne como la capacidad para resistir la acumulación en sus tejidos de elevados niveles
de compuestos tó!icos. $ara comprender el desarrollo de las plantas hipertolerantes es necesario conocer las estrategias moleculares que adoptan para resistir los e"ectos tó!icos de los contaminantes inorgánicos y orgánicos. •
Tolerancia a los metales pesados.
/a tolerancia a los metales pesados por las plantas está limitado tanto por la admisión celular, como por la resistencia de los metales una ve que han penetrado en las c'lulas. /as estrategias empleadas por las plantas, para resistir los e"ectos tó!icos causados por los metales pesados, se relacionan con los siguientes mecanismos:
Establecimiento de enlaces entre los metales y la pared celular.
ivel de tolerancia por la membrana celular hacia los metales.
@educción del transporte por la membrana celular.
(lujo activo de metales desde las c'lulas hacia el e!terior.
ivel de tolerancia de los enimas vegetales hacia los metales.
subcelulares como son las vacuolas. Huelación del metal por ligandos orgánicos yGo inorgánicos 0&toquelatos1.
$recipitación del metal al "ormar compuestos de baja solubilidad.
•
•
Tolerancia a los contaminantes org#nicos .
/as plantas muestran una variación considerable de su tolerancia hacia los contaminantes orgánicos> dos son los mecanismos por los que las plantas pueden incrementar su resistencia a los contaminantes orgánicos. El primero de ellos consiste en la trans"ormación de los elementos tó!icos en la rios"era, para ello la planta libera más del K-Z de su "otosintato dentro del suelo en "orma de e!udado radicular. El "otosintato liberado está constituido por una mecla de a)cares, alcoholes, "enoles, ácidos orgánicos y proteínas que rápidamente son utiliados por las comunidades microbianas e!istentes en la rios"era. Estas poblaciones pueden ser, de B-- a B-.--- veces mayores que las poblaciones presentes en la matri
del suelo, y se caracterian por presentar enimas especí&cos capaces de metaboliar los contaminantes orgánicos hacia "ormas menos tó!icas. El segundo mecanismo se produce una ve que los contaminantes han atravesado el sistema radicular. En este caso, los elementos tó!icos pueden seguir dos vías de trans"ormación, por un lado se trasladan hacia brotes y hojas para, posteriormente, volatiliarse, y por otro pueden su"rir procesos de metaboliación hacia nuevas "ormas. Estos nuevos compuestos pueden mineraliarse o pueden acumularse como nutrientes o como nuevos contaminantes. /a inclusión en órganos subcelulares y la "ormación de otros compuestos representan las principales vías para la desinto!icación de !enobióticos en plantas. 9UTURO DE LA 9ITORREMEDIACIÓN
/a &torremediación es una tecnología emergente en el tratamiento de la contaminación, su aplicación es cada ve mayor y sus resultados se están valorando como muy positivos. /a utiliación de t'cnicas, en campo, con plantas herbáceas, gramíneas, vegetación arbórea y algunos mutantes transg'nicos, pone de mani&esto que la &torremediación empiea a ser una tecnología competitiva en la recuperación de suelos contaminados. El conocimiento de los procesos &siológicos que tienen lugar en la planta, junto al conocimiento de los compuestos tó!icos, está haciendo que se puedan seleccionar plantas con mayores niveles de tolerancia hacia contaminantes especí&cos. 2demás, por t'cnicas gen'ticas se pueden incrementar la biomasa vegetal, su mor"ología, densidad radicular o penetración en pro"undidad, así como "avorecer la e!istencia de asociaciones especí&cas de microorganismosraíces. /a &torremediación podría ser particularmente atractiva en medios con bajo riesgo, donde los contaminantes est'n limitados a la ona radicular y donde no hubiera "uertes contrastes climáticos. En estas condiciones, la velocidad de la toma de contaminantes por especies &toe!tractoras y la velocidad de &todegradación por enimas especí&cos podrían, probablemente, ser mayores que la velocidad de di"usión de los contaminantes. ;in embargo, la &torremediación está limitada por las condiciones que impiden un
crecimiento normal de las plantas como son: el clima. la topogra"ía, los procesos de erosión, y concentraciones de contaminante que e!ceda del nivel de tolerancia de las plantas. ambi'n limita la utiliación de esta t'cnica el tiempo que haya para la descontaminación 0la &torremediación es lenta1, y la distancia del contaminante a onas sensibles: ríos, lagos, lagunas y aguas subterráneas. ETAPAS DEL TRABAO PARA UNA BIORREMEDIACIÓN MS E9ICAZ •
I'%+*=!*< 6 !)!+')*!*< #' "! o+!(*!*< 6 #'" '(3"!!(*'+o
/a caracteriación del emplaamiento se lleva a cabo mediante el estudio del mismo detallando la volumetría del suelo a tratar, las condiciones geológicas e hidrogeológicas, analiando las características del suelo y sus propiedades 0p#, granulometría, humedad, porosidad, etc1. /a caracteriación del contaminante se centra en la investigación del tipo y concentración del mismo, así como la biodisponibilidad de los compuestos en el suelo 0aceptores de electrones, metales pesados, nutrientes, etc1. •
A"*%*% 6 '"'*< #' "!% ('#*#!% /*oo))'+*!%
$ara ello se hace necesario: a1 Identi&car y cuanti&car los contaminantes. De&niendo sus propiedades "ísico químicas más importantes:
Identi&cación y clasi&cación de compuestos.
grado de solubilidad. b1
p#, disponibilidad de nutrientes. (actores microbiológicos tales como presencia de microorganismos y aclimatación de las poblaciones microbianas.
c1 Designar las medidas biocorrectivas. En "unción de los "actores anteriormente e!puestos, se debe elegir el sistema de biotratamiento más adecuado. •
D*%'o 6 '!"!*< #'" %*%+'(!
$ara el dise*o de un sistema de biorrecuperación es necesario establecer unas etapas de trabajo, en las cuales se determinan y eval)an los parámetros "undamentales necesarios para su e&cacia. /as etapas a seguir en el dise*o de un sistema de biotratamiento son: a1 Evaluación de la viabilidad de la t4cnica. ;e deben estudiar los parámetros de evaluación que de&nen el sistema elegido, así como se deben evaluar las condiciones de biotratabilidad, los objetivos de limpiea e!igidos y los costes de tratamiento necesarios. b1 Evaluación del dise5o. ;e deben estudiar los "actores que a"ectan la e&cacia de la t'cnica y las posibles mejores o acondicionamientos a aplicar. c1 Evaluación del control y seguimiento. $ara asegurar la correcta ejecución y un progreso adecuado del tratamiento se debe llevar a cabo un plan de control y seguimiento del sistema. $ara una correcta optimiación se deberán controlar los siguientes puntos: NN*ontrol de las condiciones de degradación y biodegradación. ;e debe registrar la variación de concentración de $#, FEX,
que
a"ectan
directamente
en
el
A"*%*% ' *+')3)'+!*< #' )'%"+!#o%
En esta )ltima etapa se deben analiar los resultados obtenidos, haciendo un balance de los objetivos alcanados y los marcados inicialmente. En este punto, si "uese necesario, se deben proponer y estudiar aquellas mejoras o modi&caciones necesarias para la optimiación del sistema. •
&'+!F!%
=ientras que los tratamientos "ísicos y buena parte de los químicos están basados en trans"erir la contaminación entre medios gaseoso, líquido y
sólido, en la biorremediación se trans&ere poca contaminación de un medio a otro.
Es una tecnología poco invasiva y generalmente no requiere componentes estructurales o mecánicos que signi&quen una amenaa para el medio.
•
D'%'+!F!%
/a biodegradación incompleta puede generar intermediarios metabólicos inaceptables, con un poder contaminante similar o incluso superior al producto de partida y algunos compuestos contaminantes son tan resistentes que pueden incluso inhibir a biorremediación.
Es di"ícil predecir el tiempo de requerido para un proceso adecuado y el seguimiento y control de la velocidad yGo e!tensión del proceso es dispendioso.
&III. CONCLUSIONES
/a biorremediación como tecnología tiene gran potencial en la recuperación de sitios contaminados y además es menos costoso que otras alternativas de restauración.
;e debe persistir en el descubrimiento, en la investigación y estudios de nuevos microorganismos los cuales pueden ser potencialmente )tiles en la biorremediación
El estudio previo de parámetros de degradación en el laboratorio sobre muestras y condiciones análogas a las del medio natural 0microcosmos1, constituye una "uente de in"ormación muy valiosa para la aplicación en la biorremediación.
Es importante que las personas que se dedican a las ciencias biológicas sepan de la importancia de la biorremediación en el medio ambiente.
=uchos "actores inUuencian la e&ciencia de la biorremediación dependiendo del sitio de la contaminación 03consorcios hechos a medida41.
#ay que desarrollar m'todos a gran escala para lograr una mayor e&ciencia del proceso de biorremediación de modo de solucionar el problema y no alterar el ecosistema.
I. BIBLIOGRA9ÍA
Freve presentación sobre biorremediación, en castellano: http:GGuniversidaddesantiago.clGimaGbioremed.htm 2plicaciones de la biorremediación 0caso del desastre del $restige en la
costa de ?alicia1 http:GGPPP.belt.esGnoticiasGK--LG"ebreroGK^KGKGprestige.htm Fiorremediación en =endoa 0%niversidad de
http:GGPPP.belt.es =icrobiología y metales pesados. @evista Huímica viva. Yol. K, n)mero L,
K--L. http:GGPPP.quimicaviva.qb."cen.uba.ar