Podemos definir la biorremediación como la utilización de seres vivos para solucionar un problema ambiental, tales como suelo o agua subterránea contaminadas. En un ambiente no contaminado, las bacterias, los hongos, los protistas y otros organismos heterotróficos degradas constantemente la materia orgánica disponible, para obtener energía. Cuando un agente contaminante orgánico, combustible, petróleo u otro es accidentalmente liberado en un ambiente dado, algunos de los microorganismos indígenas morirán, mientras que sobrevivirían algunos otros capaces de degradar estos compuestos orgánicos.
INTRODUCCIÓN
Productos fermentados como el yogurt, queso, kéfier, salsa soja, cerveza, vino y cientos de otros productos han sido preparados con la ayuda de bacterias y hongos, aún en el completo desconocimiento de su existencia.
Los sistemas de depuración de aguas actuales comparten los principios de funcionamiento utilizados por sus antiguos predecesores romanos. Estos procesos además reducen la carga tóxica presente en los efluentes.
Biorremediación puede definirse como la respuesta biológica al abuso ambiental. Esta definición permite distinguir entre el uso de microorganismos para recuperar áreas contaminadas y para tratamientos de residuos tanto industriales como domiciliarios.
Es necesario establecer previamente cuáles son los niveles de contaminación que pueden ser admitidos en un ecosistema sin que por ello se provoquen daños a los seres vivos que viven en el. El objetivo de la biorremediación es eliminar o al menos disminuir la concentración de sustancias potencialmente tóxicas, dispersadas accidentalmente o no en suelos y/o cuerpos de agua superficial o subterránea, utilizando como parte fundamental del proceso a los microorganismos.
Los microorganismos utilizados en biorremediación son generalmente no-fotosintéticos; ecológicamente ocupan el nivel trófico denominado de los des componedores, en el que los hongos y bacterias son componentes principales. Estos organismos están presentes en prácticamente todos los lugares del planeta, inclusive a profundidades y temperaturas que se creía libres de ellos, como los pozos petrolíferos profundos.
¿CÓMO OBTINENE ENERGIA LOS MICROORGANISMOS?
Hay diversas formas por las cuales los organismos son capaces de producir la energía necesaria para su crecimiento y reproducción
1. Fotosíntesis
2. Oxidación de compuestos inorgánicos
3. Oxidación de compuestos orgánicos
Los caminos metabólicos que pueden emplear los microorganismos presentes de electrones, mientras que los otros dos se realizan en ausencia de oxigeno.
La acción de los microorganismos anaeróbicos es más lenta, pero en contrapartida son capaces de degradar compuestos más tóxicoas o con escasos lugares atacables enzimáticamente en sus moléculas como los hidrocarburos aromáticos poli cíclicos, solventes clorados y pesticidas. El mas simple sistema anaeróbico es el de los digestores, que utilizan un tanque mezclador que puede operar de modo continuo o discontinuo; como subproducto de su operación puede obtenerse metano.
a. Respiración aeróbica. Este es el proceso más eficiente de los tres, por lo que es el elegido por los microorganismos siempre que esté presente el oxígeno (que es el aceptor final de los electrones) y, por supuesto, que tengan la maquinaria enzimática para realizar el proceso.
La reacción general puede ser escrita asi:
a. Respiración anaeróbica. Es similar a la respiración aeróbica, con la diferencia de que el últimos aceptor de los electrones no es el oxígeno. Normalmente estos organismos son anaeróbicos estrictos, o sea que solo pueden crecer en ausencia total de oxígeno. Es un grupo pequeño de organismos, formado sólo por bacterias. Importantes representantes son las bacterias metano génicas y las bacterias sulfato reductoras.
b. Fermentación. Algunos organismos obtienen energía de la degradación de compuestos orgánicos, degradándolos sólo parcialmente. Tanto el donor como el aceptor de los electrones una molécula orgánica. Dependiendo de los organismos involucrados, tanto los productos como los substratos utilizados pueden ser muy variables.
EJEMPLO DERRAME DE HIDROCARBUROS
La implementación del proceso de biorremediación en una situación de este tipo podría involucrar los siguientes pasos.
1. Retirada de la fase liquida no acuosa. Si existe una fase no acuosa de hidrocarburo, debe procederse a su remoción ya que es una fuente concentrada de material peligroso. Difícilmente pueda degradarse in situ, debido a su elevada toxicidad; la manera mas económica de realizar este proceso es bombeando este líquido, y separando en la superficie el petróleo del agua.
2. Estudios hidrogeológicos. El agua subterránea trasporta los contaminantes y se considera necesario eliminarlos de ella, será necesario realizar estudios hidrogeológicos que permitan establecer el tamaño de la pluma, la dirección y la velocidad de flujo de las aguas subterráneas en esa zona. Debemos considerar que para una contaminación del orden de varios cientos de ppm de hidrocarburos en el agua, deberán ser tratadas entre 3 y 20 volúmenes de agua por poro.
3. estudios microbiológicos. Es necesario estudiar el comportamiento de los microorganismos indígenas, a los fines de evaluar la velocidad con la que degradan los contaminantes, la respuesta a los tóxicos y el efecto de agregado de nutrientes, oxígeno y otros factores que pueden favorecer el crecimiento y metabolismo de los organismos. Algunos de estos estudios involucran realizar mezclas del suelo contaminado con materia orgánica y estudiar el grado de degradación conseguido por bacterias y hongos. Es también importante realizar ensayos de toxicidad, como ensayos microbiológicos.
4. Elección de la ingeniería. Una vez realizados los estudios anteriores, debe diseñarse un sistema tal que permita optimizar el proceso de degradación microbiológica, realizando las instalaciones y perforaciones que permitan la inyección de oxígeno y de nutrientes
Durante las primeras etapas de degradación biológica ocurre un efecto paradójico: el contenido de hidrocarburos en las aguas subterráneas se eleva a un máximo, debido a la desorción de los contaminantes de las arcillas u otros materiales por la acción de los tensioactivos producidos por la actividad microbiológica.
5. Instalación y comienzo de las operaciones. En primer lugar se comienza la extracción de agua y se pone en marcha el sistema de purificación de ésta; si la calidad del agua tratada es la esperada, se comienza a reinyectarla. Luego se prepara el envió de nutrientes y se inyecta junto con el agua de reinyección. Por últimos, cuando el sistema de inyección de nutrientes funciona adecuadamente, se comienza con la inyección de oxígeno.
6. Operación y monitoreo debe medirse con elevada frecuencia, diariamente, los valores de temperatura, nutrientes, concentración de oxígeno, ph, potenciales de oxidación/reducción, entre otros posibles parámetros a lo largo de pozos seleccionados. Con menor frecuencia deben medirse la cantidad de hidrocarburo, la toxicidad, conteos microbianos y otros parámetros seleccionados por su relevancia.
7. Fin de las operaciones. cuando los niveles de los contaminantes alcanza el nivel permitido por la legislación vigente o bien los valores seleccionados para el proyectos, re realiza normalmente un muestro final para preparar los informes exigidos por los organismos de control en los distintos niveles gubernamentales. Es adecuado seguir las operaciones hasta que el nivel de oxigeno, nutrientes y carga bacteriana regrese a los niveles precios a las operaciones, asegurándose de esa manera que no sea posible la desorción de mas hidrocarburo, que contamine el agua subterráneas .
Ejemplo 2. Suelos contaminados con TNT
La Biorremediación de suelos contaminados con nitrotoluenos es muy importante por dos motivos; en primer lugar los di nitro y trinitrotoluenos son considerados carcinógenos, y en segundo lugar, los emplazamientos con esta contaminación son muy importantes, tanto en número como en tamaño
En ambientes estrictamente anaeróbicos, el 2,4,6-trinitrotolueno (TNT) es totalmente reducido a triaminotolueno (TAT), el cual puede ser destoxificado por polimerización en medio aeróbico o por unión irreversible a arcillas. La transformación de los nitrotoluenos por los microorganismos es cometabólico (es decir, que no pueden degradarlo si están en contacto con sólo, por ejemplo, TNT; pero si el organismo está creciendo y alimentándose de otros sustratos, también atacará al TNT), por esto se requiere el agregado de una fuente de carbono, así como nutrientes. En algunas ocasiones no es necesaria la reducción total del TNT, sino que algunos meta bolitos pueden ser incorporados a una matriz orgánica (humificación) quedando de esta manera inmovilizados.
Futuro de las Técnicas de Biorremediación
Las aplicaciones más importantes de la biorremediación han sido aquellas que modifican el ambiente para estimular la actividad de los organismos que allí se encuentran. El empleo de cultivos de microorganismos (muchas compañías venden preparados de éstos, ya sea como esporas, liofilizados u otros formulados, para favorecer la degradación de distintos contaminantes) parece no producir ninguna ayuda o ventaja en el proceso.
El uso de microorganismos mejorados genéticamente, que pueden ser protegidos bajo patente, puede optimizar algunos procesos de degradación de moléculas especialmente resistentes (como los PAHs o compuestos muy clorados), pero debido a que las legislaciones aún no establecen el procedimiento a seguir o bien prohíben la liberación masiva de microorganismos recombinantes al medio ambiente, las compañías no han desarrollado estrategias para su uso en biorremediación in situ
Pero como era de esperar, las técnicas de biorremediación son una buena estrategia de limpieza para ciertos tipos de contaminación, como la producida por el petróleo y otros compuestos orgánicos no demasiado tóxicos. Cuando existe una acumulación de sustancias toxicas o no biodegradables la biorremediación no funciona, ya que la colonización y crecimiento de los microorganismos se encuentra inhibida. Ejemplos de estos últimos son metales pesados, como el cadmio, mercurio o plomo.
Dependiendo del lugar contaminado, sus características climáticas, físico-químicas y ecológicas, así como de la composición y concentración de los contaminantes, la biorremediación puede ser una opción más segura y de menor costo que otras soluciones alternativas, como la incineración o el enterramiento de los materiales contaminados. Además tiene la ventaja de que la contaminación es tratada en el lugar donde se encuentra (in situ), por lo que se evitan grandes movimientos de suelos o sedimentos hacia el lugar donde estos puedan ser tratados para la remoción del agente contaminante, o bien hacia su lugar de disposición final como residuos peligrosos.
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