BIORREMEDIACIÓNEn las últimas décadas, la liberación de contaminantes al ambiente, producida principalmente como consecuencia del desarrollo industrial, ha superado con creces a los mecanismos naturales de reciclaje y autodepuración de los ecosistemas receptores. Este hecho ha conducido a una evidente acumulación de contaminantes en los distintos ecosistemas hasta niveles preocupantes. Por ello, amén de reducir en todo lo posible la liberación de contaminantes, hoy en día existe la necesidad de indagar en la búsqueda de procesos que aceleren la degradación de los contaminantes presentes en el ambiente. Así, se reducirían de forma progresiva los efectos perniciosos que producen sobre los ecosistemas y la salud humana.

Cerca de 1500 millones de toneladas de crudo son transportados anualmente en buques como carga, como combustible, o para otros usos. Una cantidad de crudo, relativamente pequeña, pero sustancial, nunca alcanza su destino, siendo éste, el medio ambiente marino, como consecuencia de accidentes y derrames en operaciones de descarga (Peet, 1994).

Durante el pasado y presente siglo, la creciente explotación de petróleo ha traído consigo todo tipo de accidentes ecológicos que han dañado los ecosistemas acuáticos causando graves daños a la salud humana, a la vida silvestre y al ecosistema en general.

La industria química produce gran cantidad de compuestos xenobióticos, cuya estructura química difiere considerablemente de los compuestos orgánicos naturales. Algunos de estos compuestos xenobióticos, con grupos halógenos y nitrogenados, utilizados como propelentes, refrigerantes, disolventes, bifenoles policlorados (PCB), plásticos, detergentes, explosivos y plaguicidas, son resistentes (recalcitrantes) a la biodegradación.

Esto último causa la acumulación del xenobiótico en los niveles tróficos superiores, donde provoca graves daños ecológicos.

PROBLEMAS DE CONTAMINACION AMBIENTAL

CONTAMINACION DEL SUELO, AGUA Y AIRE

CONTAMINACION DEL AGUA MARINA

www.cco.gov.co/contmar1.htm

Desembocadura Río Mississippi en el Golfo de México-EE.UU. Fuente: www.earth.rice.edu • Por vertimientos directos: directamente al mar se vierten residuos sólidos y aguas residuales, producto de actividades en los buques, los puertos y zonas urbanizadas en áreas costeras.

CONTAMINACION DE SUELOS Y LA NAPA FREATICA

CONTAMINACION DE AGUAS POR MERCURIO

BIOTA EN EL AGUA QUE ES AFECTADA POR HIDROCARBUROS

Vías de biodegradación del cianuro

LA BIOTA EN EL SUELO

CONTAMINACION POR RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS

ACTIVIDAD MINERA

MINERIA

IMPACTOS AL AMTIENTE

Suelos contaminados

Recursos hídricos contaminados

Canchas de relave

Desmontes

Rellenos sanitarios y vertidos industriales

Aire y gases residuales

CONTAMINACION DEL AGUA Y SUELO POR LA AGRICULTURA Y GANADERIA

Sustancia Tiempo para la desaparición

del 75 al 100% Insecticidas clorados 

DDT 4 añosAldrín 3 añosClordano 5 añosHeptacloro 2 añosLindano 3 años

Insecticidas organofosforados:  Diazinón 12

semanasMalatión 1 semanaParatión 1semana

Herbicidas:  2,4-D(ácido 2,4-diclorofenoxiacético) 4

semanas2,4,5T(ácido2,4,5,triclorofenoxiacético) 20 semanasDalapín 8 semanasAtrazina 40 semanasSimazina 48 semanasPropazina 1.5 años

Plaguicidas en el suelo

PRINCIPALES CAUSAS DE CONTAMINACIÓN DEL AIRE:

Emisiones del transporte urbano (CO, CnHn, NO, SO2, Pb). Emisiones industriales gaseosas (CO, CO2, NO, SOx). Emisiones Industriales en polvo (cementos, yeso, etc.). Basurales (metano, malos olores). Quema de basura (CO2 y gases tóxicos). Incendios forestales (CO2). Fumigaciones aéreas (líquidos tóxicos en suspensión). Derrames de petróleo (Hidrocarburos gaseosos). 

BIORREMEDIACION

BIOTECNOLOGÍA

“Es la integración de ciencias naturales e ingeniería para llevar a cabo la aplicación de organismos, células, partes de las mismas y análogos moleculares, en productos y servicios”

BIOTECNOLOGÍA AMBIENTAL

Aplicación de la Biotecnología en aspectos medioambientales:

* Seguimiento de la contaminación (biosensores, biomarcadores).

* Tratamiento de los residuos (origen doméstico, agrícola, industrial).

*Tratamiento de lugares y vías fluviales ya contaminados (Biorremediación).

* Prevención de la contaminación (uso de microorganismos o enzimas, plantas, biocombustibles, plásticos biodegradables).

Aplicación específica de la Biotecnología al tratamiento de problemas medioambientales, incluyendo el tratamiento de aguas, el control de la contaminación y su integración con tecnologías no biológicas.

BIOTECNOLOGÍA AMBIENTAL

“Es la aplicación de estos procesos a la protección y restauración de la calidad del medio ambiente”

BIORREMEDIACIÓN

La contaminación ambiental puede ser disminuida con la tecnología de biorremediación. Como en muchas enfermedades, se requiere evaluar cada caso para dar un remedio. La biorremediación de diferentes contaminantes deberá estar basada en el tipo de químico presente, el uso de organismos y el desarrollo de las condiciones ambientales más importantes. Requiere de un equipo multidisciplinario, donde su base principal es la microbiología. Para desarrollar un plan de biorremediación efectivo, costeable y ambientalmente seguro, es necesario tener un conocimiento de la ecología y de la evolución de las poblaciones microbianas degradativas.

Las primeras observaciones de biorremediación fueron con el petróleo, después con algunos organoclorados y organofosforados; “se advirtió que los microorganismos no sólo eran patógenos, sino que además eran capaces de absorber compuestos orgánicos, algunos naturales, otros sintéticos, y degradarlos, lo que constituye el objetivo de la biorremediación”.

Se pensaba que el petróleo, sustancia natural, no provocaría un daño ambiental irreparable y tal como se ha ido observando durante décadas, el crudo después de un largo tiempo es diluido y asimilado por el medio ambiente.De esta intrínseca capacidad de la naturaleza para superar algunos desequilibrios en el ecosistema, surge la biorremediación, como una tecnología que usa un elemento biológico, en la mayoría de los casos microorganismos, para eliminar contaminantes de un lugar, sea este suelo, sedimento, fango o mar. Esta tecnología se ha transformado en la colaboradora directa de la naturaleza, que no siempre es capaz de superar por sí sola grandes desequilibrios. La biorremediación le da una ayuda al medio ambiente en la mejora de los ecosistemas dañados, acelerando dichos procesos naturales. Lo que hacen los microorganismos es degradar los desechos en productos menos tóxicos, además de concentrar e inmovilizar sustancias tóxicas, metales pesados; minimizar desechos industriales y rehabilitar áreas afectadas con diversos contaminantes.

ORÍGENES

La biorremediación surge como una rama de la biotecnología que busca resolver los problemas de contaminación mediante el diseño de microorganismos capaces de degradar compuestos que provocan desequilibrios en el medio ambiente. Es similar a la biotecnología, pero en general sus técnicas son específicas para casos particulares, porque dependen directamente de las condiciones del ecosistema a recuperar. A veces, biorremediar un ambiente contaminado puede requerir la elaboración de un microorganismo genéticamente modificado que sea eficiente sólo para ese caso.Un evento más sencillo de biorremediación puede ser el del petróleo. Los derrames de crudo provocan un desequilibrio al aumentar la cantidad de carbono, lo que descompensa los niveles de nitrógeno y fosfato, en esas condiciones metabólicamente no se puede consumir el carbono. La biorremediación de petróleo consiste en verter los mismos nutrientes que están descompensados, fosfato, nitrógeno y dejar que los microorganismos que ya están presentes “hagan su trabajo”.

Muchos tratamientos biotecnológicos de contaminantes son considerados biorremediación, sin embargo algunos autores diferencian entre ambos procesos. La biotecnología es tecnología que usa elementos biológicos, sea un organismo o una enzima.“En estricto rigor un sistema de tratamiento de efluentes o un sistema de compostage no son biorremediación, son tratamientos biológicos o mixtos para evitar la contaminación, en cambio la biorremediación se utiliza para revertir un daño”.Tanto el tratamiento de residuos como la biorremediación usan microorganismos, pero lo distintivo de la biorremediación es la aplicación de una tecnología a posteriori, una vez que se ha producido el daño ecológico.

Biotecnología yBIORREMEDIACIÓN

Todos los contaminantes poseen características que los hacen capaces de perturbar el medio ambiente y provocar daño a la salud humana y del planeta. Crear estrategias de biorremediación para eliminarlos a todos es un camino que se está iniciando para esta rama de la biotecnología. Existen grupos de compuestos especialmente peligrosos para el hombre en los que la biorremediación ha logrado importantes avances.Uno de estos grupos son los organoclorados, compuestos orgánicos no naturales que tienen cloro en su molécula y son capaces de intervenir en los procesos celulares normales, entre otros la reproducción. Son relativamente estables y omnipresentes en el ambiente. Surgen como subproductos de procesos industriales y eventos naturales como incendios forestales, erupciones volcánicas, incineradores de desperdicios sólidos, chimeneas, motores, control de plagas, etc. También pueden detectarse en la mayoría de los alimentos, como pollos, carnes rojas, pescados, productos lácteos, aceites vegetales y verduras.

Biorremediación en acción

La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) define biorremediación como "el proceso en el que microbios, típicamente bacterias u hongos, degradan químicos peligrosos a compuestos menos tóxicos o no tóxicos".

Biorremediación es el uso de organismos vivos, componentes celulares y enzimas libres, con el fin de realizar una mineralización de compuestos contaminantes.

Biorremediación

La biorremediación es la utilización de tecnologías mediante las cuales se estimula la biodegradación del contaminante o la capacidad de recuperación del ecosistema a través procesos biológicos, con el objeto de minimizar las consecuencias de un contaminante. Estos procesos de biodegradación pueden ser llevados a cabo por la microbiota autóctona de la zona contaminada o por microorganismos adicionados a tal efecto. En ambos casos, lo que se consigue es una biotransformación de sustancias peligrosas en sustancias menos tóxicas o inocuas.

Bacterias

Remoción o destrucción de contaminantes

por

Organismo vivos o sus enzimas producidas

tales como

HongosPlantasProtozoarios Algas

¿QUE ES BIORREMEDIACION?

Es el manejo ecológico integral, que el hombre conscientemente proyecta con el fin de aplicar soluciones viables y sostenibles encaminadas a la recuperación y preservación de un ecosistema degradado, combinando para ello las potencialidades que le brindan sus conocimientos y la capacidad que tienen algunos organismos vivos de ayudar a la recuperación del medio ambiente.

Biorremediación

La contaminación ambiental puede ser disminuida con la tecnología de biorremediación. Como en muchas enfermedades, se requiere evaluar cada caso para dar un remedio. La biorremediación de diferentes contaminantes deberá estar basada en el tipo de químico presente, el uso de organismos y el desarrollo de las condiciones ambientales más importantes. Requiere de un equipo multidisciplinario, donde su base principal es la microbiología. Para desarrollar un plan de biorremediación efectivo, costeable y ambientalmente seguro, es necesario tener un conocimiento de la ecología y de la evolución de las poblaciones microbianas degradativas.

La biorremediación le da una mano al medio ambiente en el mejoramiento de los ecosistemas dañados, acelerando dichos procesos naturales. Lo que hacen los microorganismos es degradar los desechos en productos menos tóxicos, además de concentrar e inmovilizar sustancias tóxicas, metales pesados; minimizar desechos industriales y rehabilitar áreas afectadas con diversos contaminantes.

¿Hay que darle una mano a la Naturaleza?

APLICACIONES

ANTECEDENTES HISTÓRICOS DE LA BIORREMEDIACIÓN

A mediados del siglo XX se desarrollaron las primeras investigaciones encaminadas a estudiar el potencial de los microorganismos para biodegradar contaminantes (Zobell, 1946; Davis, 1956). Este “uso” intencionado recibió entonces el nombre de biorremediación ("bioremediation"). Las primeras técnicas que se aplicaron fueron similares al "landfarming" (¨labranza‟) actual y sus actores, lógicamente, compañías petrolíferas.

Las primeras patentes, fundamentalmente para remediación de vertidos de gasolina, aparecen en los años 70. En los años 80 se generalizó el uso del aire y peróxidos para suministrar oxígeno a las zonas contaminadas mejorando la eficiencia de los procesos degradativos. Durante los años 90 el desarrollo de las técnicas de "air sparging" (burbujeo de oxígeno) hizo posible la biorremediación en zonas por debajo del nivel freático. Al mismo tiempo, la implementación en la práctica de aproximaciones experimentales en el laboratorio permitió el tratamiento de hidrocarburos clorados, los primeros intentos con metales pesados, el trabajo en ambientes anaerobios, etc. Paralelamente, se desarrollaron métodos de ingeniería que mejoraron los rendimientos de las técnicas más populares para suelos contaminados ("landfarming", "composting", etc.) (Riser-Roberts, 1998).

En la actualidad, la biorremediación enfrenta un nuevo reto: el de convencer a las compañías y a los organismos oficiales de su alto potencial. En algunos países, la biorremediación fue una técnica poco reconocida y marginada, hoy en día se ha convertido en una verdadera industria. Esta “industria” busca seguir mejorando en sus líneas interdisciplinares, que se pueden resumir en los siguientes puntos:

•Integración en el proceso de técnicas innovadoras que ayuden a comprender y controlar los fenómenos de transporte de nutrientes y otros posibles aditivos.

•Desarrollo de técnicas rápidas de biología molecular que permitan caracterizar las poblaciones indígenas de los emplazamientos contaminados así como su potencial enzimático (Theron y Cloete, 2000; Watanabe, 2001).

•Exploración de las implicaciones del concepto de biodisponibilidad ("bioavailability") definido por las propiedades físico-químicas de los contaminantes. Se trata de un factor que en muchos casos está limitando la biodegradación y en otros reduciendo la toxicidad de los contaminantes.

•Desarrollo definitivo de técnicas de bioaumentación realmente útiles (Major et al., 2002).

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA BIORREMEDIACIÓN

Ventajas

•Mientras que los tratamientos físicos y buena parte de los químicos están basados en transferir la contaminación entre medios gaseoso, líquido y sólido, en la biorremediación se transfiere poca contaminación de un medio a otro.

•Es una tecnología poco invasiva y generalmente no requiere componentes estructurales o mecánicos que signifiquen una amenaza para el medio.

•Comparativamente, es económica, viable y al tratarse de un proceso natural, suele tener aceptación por parte de la opinión pública.

Desventajas

•La 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 difícil predecir el tiempo requerido para un proceso adecuado y el seguimiento y control de la velocidad y/o extensión del proceso es dispendioso.

Es muy amplio, pudiendo considerarse como objeto cada uno de los estados de la materia (Atlas y Unterman, 1999):

Sólido. Con aplicaciones sobre medios contaminados como suelos o sedimentos, o bien directamente en lodos, residuos, etc.

Líquido. Aguas superficiales y subterráneas, aguas residuales.

Gases. Emisiones industriales, así como productos derivados del tratamiento de aguas o suelos.

AMBITO DE APLICABILIDAD

También se puede realizar una clasificación en función de los contaminantes con los que se puede trabajar (Alexander, 1999; Eweis et al., 1999):

Hidrocarburos de todo tipo (alifáticos, aromáticos, BTEX, PAHs,...).

Hidrocarburos clorados (PCBs, TCE, PCE, pesticidas, herbicidas,...).

Compuestos nitroaromáticos (TNT y otros).

Metales pesados. Estos no se metabolizan por los microorganismos de manera apreciable, pero pueden ser inmovilizados o precipitados.

Otros contaminantes. Compuestos organofosforados, cianuros, fenoles, etc.

Requerimientos de la biorremediación:

Interrelación de Componentes que Determina el Éxito de Bioremediación

Sustrato (Contaminante)

Medio AmbienteMicroorganismos

(Requisitos Fisiológicos)

Bioaumentaciónañadir

microorganismos

Surfactantes, Cosolventes,

Quelatos

NutrientesN, P,

vitaminas

Aceptores de electrones

O2, NO3-

Factores Ambientales

H2O, T, pH

Donadores de Electrones/Cosustratos

H2/CH4

Procesos de biorremediación

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 excavación del material contaminado. No obstante, antes de decidir el tipo de tratamiento deben valorarse numerosos factores entre los que se destacan:

• Impacto ambiental en la zona. • Actividades industriales que pueden verse afectadas. • Costos comparativos con otros tratamientos. • La dificultad de acceso a la zona contaminada para proveer de oxígeno y nutrientes. • La determinación del porcentaje de tratamiento. • La velocidad del proceso. • El potencial peligro de extensión de la contaminación.

El método de la biorremediación “In Situ” de suelos se puede dividir en dos tipos: tratamiento de compuestos volátiles y tratamiento de compuestos semivolátiles y no volátiles.

Las técnicas más usadas son:

• Bioventeo o Bioaireación o Bioventing

• Inyección de aire a presión o Biosparging

• Atenuación natural

• Bioestimulación

• Bioaumentación

Bioventing o inyección de aireConsistente en la ventilación forzada del suelo mediante la inyección a presión de

oxígeno (aire) en la zona no saturada del suelo a través de pozos de inyección. Debido a la aireación del suelo se va a favorecer la degradación de los hidrocarburos por dos

motivos: por volatilización, facilitando la migración de la fase volátil de los contaminantes, y por biodegradación, ya que al incrementar la oxigenación del suelo

se van a estimular la actividad bacteriana.

Los factores a tener en cuenta en la aplicación del bioventing o inyección de aire natural son:

– El principal problema es la biodisponibilidad de los microorganismos. Cuanto menor es la solubilidad de los contaminantes menor será la biodisponibilidad.

– Los aportes de oxígeno deben ser suficientes, así como la existencia de fuentes de carbono, aceptores de electrones y energía suficientes.

– Deben existir unas condiciones óptimas de pH (6 y 8), de humedad (12-30% en peso), potencial redox mayor de -50 mV, temperatura entre 0 y 40 ºC y los nutrientes del suelo en relación N:P de 10:1.

– Necesidad de tiempos de actuación cortos (meses) y coste medio-alto.

Bioventing

Biosparging o Inyección de aire a presión

Consiste en inyectar aire a presión en la parte inferior para deslazar el agua de los espacios intersticiales de la matriz del suelo. Esta inyección genera principalmente dos efectos:

1. El aire inyectado absorbe gran cantidad de los hidrocarburos volátiles presentes en el agua y el suelo.

2. El aire eleva los niveles de oxígeno del agua mejorando la biodegradación de los contaminantes (Matthews, 1993).

Con la inyección de aire a presión se llevan a cabo dos mecanismos de remoción del contaminante, la volatilización de compuestos de la zona insaturada y la fase acuosa y la biodegradación. El mecanismo gobernante depende de las características de los contaminantes.

DESCONTAMINACIÓN DE EMISIONES GASEOSAS

Tecnologías para la eliminación de gases contaminantes

Tecnologías fisicoquímicas

ADSORCIÓN

ABSORCIÓN

CONDENSACION

OXIDACION TOTAL (INCINERACIÒN)

Tecnologías biológicas

BIOFILTRACION

BIOFILTRACION

El proceso de biofiltración se basa en la acción beneficiosa de los microorganismos, los cuales metabolizan contaminantes volátiles orgánicos e inorgánicos, esto se lleva a cabo pasando por un medio orgánico conocido como empaque o medio de empaque, el cual se encuentra dentro de la estructura del biofiltro. Con un monitoreo y control de las propiedades del flujo de entrada, el flujo de gas de salida, así como el crecimiento microbiano, muchos compuestos pueden realizar su biodegradación de una forma completa, efectiva y a bajo costo.

Este grupo de tratamientos biológicos emplea microorganismos que llevan a cabo la degradación de las sustancias contaminantes de las fuentes emisoras, normalmente mediante procesos oxidativos. Prácticamente todas las sustancias son biodegradables, pero a la hora de elegir un tratamiento biológico, lo importante es estudiar si la velocidad de degradación de las sustancias contaminantes emitidas es lo suficientemente elevada como para que el proceso resulte verdaderamente eficiente.

ELIMINACION DE CONTAMINANTES AEREOS MEDIANTE FILTROS BIOLOGICOS

SUSTANCIA PORCENTAJE ELIMINADO

Sulfuro de hidrógeno > 99

Sulfuro de dimetilo > 91

Terpeno > 98

Gases organosulfurados > 95

Etilbenceno > 92

Tetracloroetileno > 86

Clorobenceno > 69

Nitrobenceno > 95

BTX (benceno, tolueno, xileno) > 95

Metanol > 98

Estireno > 90

Formaldehido > 95

Ventajas Los contaminantes son destruidos, reduciendo la

toxicidad del sistema. Relativamente fáciles de diseñar y construir Requiere de menor inversión No requiere de un confinamiento posterior

HPAs de 5 ó 6 anillos presentan resistencia a la degradación.

No se aplica a concentraciones >50,000 mg de TPH/Kg suelo.

Presencia de metales pesados (>2,500 mg/Kg suelo).

Limitaciones

En general, la contaminación de suelos, agua y aire por productos, compuestos o desechos orgánicos de la industria petrolera pueden ser tratados y recuperados ecológicamente con la biorremediación, basada en la estimulación de los organismos apropiados.

Atenuación Natural In situ de bajo costo. Procesos físico químicos de interacción

contaminante - suelo y procesos de biodegradación de forma natural en el medio (biotransformación natural).

Su característica principal es la utilización de los procesos fisicoquímicos de interacción contaminante-suelo y los procesos de biodegradación que tienen lugar de forma natural en el medio. Estos procesos se conocen como procesos de biotransformación natural que van a reducir la concentración de los contaminantes y entre los que se encuentran la dilución, dispersión, volatilización, adsorción, biodegradación y aquellas reacciones químicas que se producen en el suelo y que contribuyen de alguna forma a la disminución de la contaminación.

Esta técnica se aplica en aquellos casos en los que exista contaminación producida por hidrocarburos de tipo halogenado o no halogenado. La atenuación natural puede darse en presencia (condiciones aeróbicas) o ausencia de oxigeno (condiciones anaeróbicas). En presencia de oxígeno los microorganismos convierten en última instancia los contaminantes en dióxido de carbono, agua y masa celular microbiana (mineralización). En el caso de escasez de oxígeno, los microorganismos dependen de otros aceptores de electrones disponibles (nitrato, sulfato, formas oxidadas de Fe o Mn,...). Se trata de una biodegradación anaerobia, cuyos mecanismos y significado se están comenzando a comprender en los últimos años (Heider et al., 1999).

ATENUACIÓN NATURAL

Atenuación Natural

ATENUACIÓN NATURAL

Biorremediación intrínseca: se deja que el propio ambiente natural resuelva el problema si se determina que en el propio ambiente hay las poblaciones y condiciones optimas( temperatura, pH, nutrientes etc...). Aún así se sigue un control para asegurarse que no se producen compuestos tóxicos secundarios.

Factores de atenuación natural Existencia de condiciones geológicas y

geoquímicas favorables. Necesidad de reducción de masa en

intervalo razonable de tiempo en superficie y subsuperficie.

Confirmación de existencia de tipo y número de poblaciones de microorganismos que puedan biodegradar contaminantes.

Concentración de oxígeno disuelto en agua.

Bioestimulación Consiste en la estimulación de las poblaciones microbianas indígenas existentes en el suelo mediante la adición de nutrientes, regulación de condiciones redox, cambio de pH, u otras condiciones diversas sobre las que se puede influir.

En este sistema, el agua subterránea es conducida a la superficie por medio de un sistema de pozos de extracción, se acondiciona en un reactor para volverla a inyectar y estimular la degradación bacteriana de los contaminantes del subsuelo y del acuífero. En el reactor en superficie se agregan al agua: nutrientes, oxígeno, microorganismos previamente seleccionados y adaptados, y el efluente se retorna al subsuelo por medio de pozos de inyección, aspersores superficiales o galerías de infiltración distribuidas a lo largo y ancho del sitio que se requiere remediar. Algunas veces esta técnica utiliza biosurfactantes para ayudar al lavado de contaminantes del suelo (Zitrides, 1990); (Cole, 1994).

Las características determinantes en la selección, el éxito o el fracaso de esta técnica de remediación son:

Tipo de suelo. Los suelos deben ser lo más homogéneos posible, con un valor de porosidad y permeabilidad al aire adecuado (> 10-10 cm2).

Deben existir unas condiciones óptimas de pH (6 y 8), de humedad (12-30% en peso), temperatura entre 0 y 40 ºC y los nutrientes del suelo en relación N:P de 10:1.

Ventajas.

Esta técnica es muy útil en el tratamiento de extensas zonas contaminadas de centros industriales donde no es posible o conveniente parar el proceso operativo para realizar el tratamiento requerido.

Bioaumentación

Otras líneas de investigación han llevado a la introducción de microorganismos aclimatados o incluso modificados genéticamente en el medio, con el fin de mejorar la biodegradación (Walter, 1997; Atlas y Unterman, 1999). Esta técnica funciona en condiciones de laboratorio o biorreactor, pero en ambientes externos (suelo o agua) su implantación depende de una serie de factores (Alexander, 1999).

Presencia de toxinas, nutrientes y condiciones ambientales, movilidad y/o distribución de los microorganismos y la presencia de abundante materia orgánica.

Los microorganismos añadidos deben sobrevivir a los depredadores y competir con éxito con la población autóctona antes de ocupar los nichos potenciales.

En general, los ambientes más selectivos y la utilización de consorcios microbianos favorecen la bioaumentación.

Ventajas.

No requiere área adicional para llevar a cabo el tratamiento, ni el uso de maquinaria pesada.

Desventajas.

El tamaño de la población de microorganismos degradadores crece rápidamente como respuesta a la contaminación del medio y es muy difícil, si no imposible.

BIORREMEDIACIÓN “EX SITU”

Dos son los tratamientos que se distinguen cuando el procedimiento se realiza fuera del lugar donde está la contaminación: tratamiento por vía sólida y tratamiento por vía suspensión. La biorrecuperación vía sólida se puede realizar por dos métodos: tratamiento en lechos y tratamiento por compostaje. La diferencia fundamental entre ambos es el sistema de aireación, mientras que en el primero sólo se pueden tratar las capas de suelo menos profundas, en el compostaje se requiere la formación de grandes apilamientos de material degradable. En el tratamiento vía suspensión se excava el material contaminado y se traslada a un reactor. La característica de este método es la suspensión en un medio acuoso del suelo contaminado, es decir, el tratamiento se lleva a cabo bajo condiciones de saturación de agua. La ventaja de estos procedimientos frente a los primeros radica en la posibilidad de optimizar mejor los parámetros microbiológicos, así como el control del proceso; a cambio, lógicamente, de un mayor costo.

Biopilas de compostaje para recuperar suelos contaminados por hidrocarburos

Biopilas, se refiere a la formación de montículos del material a ser biotratado mediante la adición de nutrientes y aire en pilas.

Composteo, adición de material orgánico a las biopilas.

BIORREMEDIACION ¨ex situ¨

Bioceldas o biopilas

Es un tratamiento de biorremediación en condiciones no saturadas, que consiste en la reducción de la concentración de contaminantes derivados del petróleo en suelos excavados mediante el uso de la biodegradación a partir de la construcción de un sistema cerrado que permita controlar lixiviados, hidrocarburos volátiles y algunas variables de diseño mediante el suministro de nutrientes y oxígeno a través de la pila del suelo. La técnica consiste en la formación de pilas de material biodegradable de dimensiones variables, formadas por suelo contaminado y materia orgánica (compost) en condiciones favorables para el desarrollo de los procesos de biodegradación de los contaminantes. En el fondo de la pila el sistema cuenta con un aislante que generalmente son geomembranas o canales plásticos para el control de lixiviados. Estas pilas de compost pueden ser aireadas de forma activa, volteando la pila, o bien de forma pasiva, mediante tubos perforados 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 eficaz en los compuestos de carácter más ligero.

Biopilas Ex situ en condiciones no saturadas Suelos excavados Formación de pilas de material

biodegradable (suelo contaminado + materia orgánica)

Esquema de la biopila

Sistema de Biopilas alargadas

Sistema de biopilas estáticas

Diseño y aplicación de sistemas de Biotratamiento1. Fase de investigación y caracterización de

la contaminación y del emplazamiento.2. Análisis y elección de la medida

biocorrectiva.3. Diseño y evaluación del sistema4. Control y seguimiento5. Análisis e interpretación de resultados.

Características de los microorganismos biodegradadores

Casi todos son eubacterias. Poseen actividades de peroxidasas y oxigenasas.

La oxidación subsecuente cambia las propiedades de los compuestos, haciendolos susceptibles de ataques secundarios y facilitando su conversión a bióxido de carbono y agua.

BacteriasAchrornobacterAcinetobacterActinomycesAeromonasAlcaligenesArthrobacterBacillusBeneckeaBrevebacteriumCoryneformsErwiniaFlavobacteriumKlebsiellaLactobacillus

LeumthrixMoraxellaNocardiaPeptococcusPseudomonasSarcinaSpherotilusSpirillumStreptomycesVibrioXanthomyces

HongosAllescheriaAspergillusAureobasidiumBotrytisCandidaCephalosporiumCladosporiumCunninghamellaDebaromycesFusariumGonytrichumHansenulaHelminthosporiumMucor

OidiodendrumPaecylomysesPhialophoraPenicilliumRhodosporidiumRhodotorulaSaccharomycesSaccharomycopisisScopulariopsisSporobolomycesTorulopsisTrichodermaTrichosporon

Todos los ecosistemas acuáticos y marinos contienen algún tipo de microorganismosdegradadores de petróleo

Degradación de

Hidrocarburos por

diversos tipos de

bacterias

Se han generado bacterias recombinantes capaces de mineralizar los PCB las cuales producen enzimas generadas por ingeniería genética que son eficientes con algunos PCB.Estos estudios se han realizado a nivel de laboratorio y no han sido aplicados en problemas ambientales concretos, pero todo el conocimiento generado se ha enviado a Alemania, donde ha sido utilizado experimentalmente con gran éxito para biorremediar sitios contaminados.

BIORREMEDIACIÓN de PCBs (policlorobifenilos)

En la actualidad la biorremediación es una de las técnicas que más se están usando para tratar de solucionar los graves problemas de deterioro ambiental que presentan un gran número de compuestos en el agua.

El problema empieza en las grandes descargas que se depositan en los numerosos drenajes que componen una ciudad, pues su destino final siempre son los diferentes Ríos, Lagunas o Mares que se encuentren cerca del centro poblacional.

Uno de estos contaminantes tóxicos que se vierten al drenaje son los aceites usados (los que usan los coches), desconociéndose realmente los enormes volúmenes que se tiran.

Biorremediación de Aceites usadosbajo condiciones de laboratorio

Existen muchas investigaciones dedicadas a demostrar la degradación de aceites por medio de bacterias, por lo que se inicio un experimento; en el Laboratorio de Acuacultura y Manejo Ambiental de Bioshabitat.com, con el fin de valorar el efecto que ejercen las bacterias para degradar los aceites gastados a partir de la cuantificación de biomasa.

Los resultados obtenidos indican que en un lapso de tiempo corto, sí existe producción de biomasa (crecimiento del microorganismo) en presencia de aceite en el agua.

El floculante se hizo presente; en pequeñas cantidades, al octavo día de la investigación y ya para el quinceavo día se observaba mucha materia orgánica en suspensión.

Como dato importante se pudo observar que a partir del octavo día de la investigación, el olor de aceite gastado; que se hacia presente en todo el laboratorio, fue disminuyendo y al final desapareciendo.

Degradación bacteriana de aceitesusados

En el proyecto se efectuó una biorremediación del subsuelo y del acuífero afectados con combustible diesel.

Estudios posteriores indicaron que el producto tóxico se filtró bajo los muros de contención del dique y se expandió al subsuelo, incluyendo el agua subterránea.

Las acciones remediativas que se llevaron a cabo fueron las siguientes:

· Recuperación de producto libre o “diesel” del agua subterránea

· Biorremediación “In-Situ” en suelos contaminados

· Biorremediación “In-Situ” del agua subterránea contaminada

BIORREMEDIACIÓN DE HIDROCARBUROS

PETROLEO Y SUS DERIVADOS

Los mecanismos que rigen la evolución de los plaguicidas en el suelo son diversos.

Descomposición química, que tiene lugar por procesos de oxidación, reducción, hidroxilación, de alquilación, rotura de anillos, hidrólisis e hidratación.

Descomposición fotoquímica, que se produce por efecto del espectro de luz ultravioleta de la luz solar. Las fuentes de luz y su intensidad regulan el grado de descomposición de un compuesto.

Descomposición microbiana, la acción de los microorganismos del suelo sobre los plaguicidas es probablemente el mecanismo de descomposición más importante. Los microorganismos del suelo, bacterias, algas y hongos, obtienen alimento y energía para su crecimiento por descomposición de estos compuestos orgánicos sobre todo cuando carecen de otras fuentes.

Descomposición por las plantas y organismos, como consecuencia de los procesos metabólicos que tienen lugar en las plantas.

BIORREMEDIACIÓN de SUELOS

La bioventilación es una biorremediación “in-situ” que utiliza microorganismos endógenos para degradar contaminantes tanto del subsuelo como de las aguas subterráneas contaminadas.

Mediante esta técnica, la actividad biológica de la bacteria endógena se estimula por medio de la inyección de aire a través de los pozos de ventilación. Estos se instalan en varios puntos del área contaminada, y a través de ellos se inyectan nutrientes y soluciones específicas preparadas en laboratorio.

Se cumplieron dos condiciones para aplicar el sistema de bioventilación como tecnología remediativa en este lugar (AEE). En primer lugar se determinó que era posible la producción y provisión de oxígeno a través de la zona vadosa del subsuelo. Luego se demostró que los microorganismos endógenos del lugar tenían la capacidad de utilizar el oxígeno para biodegradar la contaminación de hidrocarburos en una proporción aceptable. Además, fue necesario determinar la conductividad hidráulica y la permeabilidad intrínseca para saber cuán efectivo sería el sistema de bioventilación en el lugar afectado.

Sistema de Bioventilación

Para poder acelerar el proceso biorremediativo, se desarrolló un consorcio de microorganismos degradadores de diesel bajo condiciones anaeróbicas.

Se cultivaron bacterias endógenas desnitrificadoras del lugar contaminado. Estas bacterias fueron enriquecidas con nutrientes en una solución bioactiva, la cual fue inyectada a una profundidad de 14 y 18 pies en los pozos monitoreados.

Los derrames de crudo provocan un desequilibrio al aumentar la cantidad de carbono, lo que descompensa los niveles de nitrógeno y fosfato, en esas condiciones metabólicamente no se puede consumir el carbono. La biorremediación de petróleo consiste en verter los mismos nutrientes que están descompensados, fosfato, nitrógeno, en algunos casos biodesinfectantes, y dejar que los microorganismos que ya están presentes “hagan su trabajo”, para recupera el equilibrio y regenerar el ambiente.

BIOALIMENTACIÓN

La complejidad técnica del proyecto se presentó cuando se encontró contaminación en suelos saturados. La biorremediación de hidrocarburos en suelos saturados usualmente está limitada por la disponibilidad de oxígeno.

En este caso se pueden utilizar otros receptores alternativos de electrones en sustitución del oxígeno para la degradación de los hidrocarburos, implementándose el uso de sistemas anaerobios.

Se examinó la efectividad de otros nutrientes para estimular la respiración anaerobia y lograr la remediación de suelos contaminados con hidrocarburos.

BIORREMEDIACIÓN de SUELOSSATURADOS DE DIESEL

La reducción biológica de sulfatos llevada a cabo por un grupo de bacterias heterótrofas, anaeróbias conocidas como BSR (Bacterias Sulfato Reductoras).

La reducción biológica de sulfatos mejora la calidad del agua ácida :

· Producción de SH que reacciona con los metales disueltos para formar sulfuros metálicos indisolubles.

· El pH se eleva debido a la producción de bicarbonato como consecuencia de la oxidación de los nutrientes orgánicos.

· Un efecto neutralizador del pH es apreciado porque los iones hidronios son consumidos por la reducción del sulfato. El sulfato es eliminado de las corrientes acuosas al transformarse en SH.

· Las condiciones anaeróbias imposibilitan el crecimiento de bacterias generadoras de ácido (T. Ferrooxidans), luego se previene la producción ácida.

BIORREMEDIACIÓN DE IONES

Tratamiento biológico de Residuos Mineros y Metales Pesados

Se define como BIORREACTOR un lugar que permite el crecimiento controlado de microorganismos

El BIORREACTOR

SERVICIOS QUE SE OFERTAN A EMPRESAS Intervención de los microorganismos,

en especial las mixobacterias, en procesos de Biomineralización y de Biorremediación.

Uso de la biomasa microbiana en la bioadsorción de metales pesados y empleo de las mismas en sistemas de biofiltros sumergidos.

Uso de la biomasa microbiana en la bioadsorción de metales pesados y empleo de las mismas en sistemas de biofiltros sumergidos.

Descontaminación de Pb

Obtención de microorganismos manipulados genéticamente.

Mejora de razas de interés industrial mediante técnicas clásicas y técnicas de biología molecular.

TRATAMIENTOS BIOLÓGICOS BIORREMEDIACIÓNConsiste en el uso de los microorganismos

naturales (levaduras, hongos y bacterias) existentes en el medio para descomponer o degradar sustancias peligrosas hasta sustancias de carácter menos tóxico o bien inocuas.

Se emplea en casos de contaminación por plaguicidas, gasoil, gasolina, aceites pesados y algunos compuestos halogenados.

Los microorganismos responsables de la degradación de contaminantes en suelo y aguas son: bacterias, hongos y protozoos. Alrededor de 22 géneros de bacterias y 31 géneros de hongos han sido identificados como capaces de degradar hidrocarburos.

Existen dos metodologías de biorremediación: la aumentada y la no aumentada.

En la biorremediación aumentada el tratamiento

implica estar continuamente añadiendo microorganismos.

En la no aumentada se utilizan sustancias químicas

para activar a los microorganismos que están presentes de forma natural

en el suelo.

LANDFARMING

Los suelos contaminados son excavados y tratados en espacios abiertos.

El suelo es aireado mediante volteo y los lixiviados que se pudieran generar, filtrados y recogidos para su reutilización.

Este sistema permite un buen control del proceso de degradación biológica de los contaminantes, mediante la construcción de una celda en la cuál se coloca el material contaminado y un sistema de riego y aplicación de productos especialmente destinados a acelerar el ciclo de vida de los microorganismos y, por consiguiente, la degradación de el (los) contaminante(s) en un periodo de tiempo relativamente menor.

La aireación se consigue a través de labranza o arado del terreno. Es frecuente la adición de bacterias alóctonas degradadoras de hidrocarburos para acelerar el proceso y la estimulación de la actividad de los microorganismos incrementa la degradación de los productos de petróleo adsorbidos.

Este proceso requiere que el suelo esté bien mezclado para aumentar la superficie de contacto entre los compuestos orgánicos y los microorganismos, y suficientemente oxigenado para que se produzca la biodegradación aeróbica, pudiendo añadirse nuevos aportes de suelo con hidrocarburos para su degradación y el mantenimiento de la actividad biológica.

CELDA

La celda se construye sobre la superficie de un terreno previamente acondicionado, donde se colocan “liners” de polietileno de alta densidad (HDPE) y un sistema de recogida de lixiviados. Algunas veces se opta por colocar una cama de arena, para proteger el “liner” contra rasgaduras y evitar así la dispersión del contaminante.

Land farrning

70 cm

zona de laboreo

migración impedida

Membrana PVC 800

BIOPROCESOS

Todas las tecnologías citadas están condicionadas por factores como los siguientes:

Biodegradabilidad de los

contaminantes presentes

Presencia de sustancias

inhibidoras de esta degradación

Temperatura del medio

Cantidad de oxígeno en el medio pH del medio

concentración de nutrientes en el

medio

concentración del contaminante

solubilidad de los contaminantes

presentes.

Los residuos que pueden ser tratados por este tipo de tecnología son: 

•Residuos provenientes de industrias petroquímicas, agroindustrias, frigoríficos, residuos alimenticios en general.

•Residuos de industrias petroleras.

•Residuos de industrias químicas y farmacéuticas.

•Barros y fondos de tanques de combustibles e hidrocarburos en general.

•Suelos contaminados por derrames de hidrocarburos.

•Disposición final de agroquímicos.

TECNICA DE LANDFARMING PARA BIORREMEDIACIÓN DE SUELOS

Se construye una celda de tratamiento.

Se transfirieren a ésta los suelos a tratar.

Se prepara una solución acuosa con los insumos.

Periódicamente se aplica agua para humedecer la mezcla, y se continúa

con la aireación-mezclado-homogeneización mecánica de los

suelos en tratamiento.

El muestreo y la determinación analítica de los parámetros

establecidos en la normatividad vigente serán realizados por

laboratorios acreditados

El trabajo concluye al lograr los máximos permisibles establecidos en

la normatividad vigente.

El suelo ya tratado y acondicionado será depositado en el lugar del cual

fue extraído.

TIEMPO DE DESCONTAMINACIÓN

En cuanto al tiempo necesario para la descontaminación, en el caso de contaminaciones por hidrocarburos derivados del petróleo, una expectativa realista para conseguir una reducción razonable de los niveles de contaminación sería de un período comprendido entre 90 y 150 días, aunque dependiendo de los factores anteriormente citados ese período podría alargarse hasta los 18 meses.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS

Una de las ventajas de estas técnicas es su bajo costo. La biorremediación tiene un costo estimado entre el 30 y 50% más bajo que otras técnicas convencionales de limpieza.

Este tratamiento presenta una serie de limitaciones, generalmente relacionadas con parámetros que puedan decelerar la actividad biológica durante la biodegradación.

Con los actuales avances en el campo de la ingeniería genética, se podrán crear microorganismos más eficientes y específicos para conseguir la degradación de los contaminantes.

Marine Microbiology: A Monograph on Hydrobacteriology Claude Ephraim ZoBell Chronica Botanica Company, 1946

http://www.biodiversitylibrary.org/item/40379#page/9/mode/1up

http://www.eoi.es/blogs/franciscojosemancebo/2011/12/02/evolucion-de-la-biorremediacion-en-ambientes-contaminados-con-materia-organica/

ZoBell’s contribution to petroleum microbiology Catherine Bass Environmental Microbiology Research Group, Hatherly Laboratories, University of Exeter, EX4 4PS UK

Remediation of Petroleum Contaminated Soils: Biological, Physical, and Chemical Processes Hardcover – May 13, 1998, by Eve Riser-Roberts.

Bibliografía