SOLUCIONANDO
GRANDES PROBLEMAS AMBIENTALES CON LA AYUDA DE PEQUEÑOS AMIGOS; LAS TECNICAS DE
BIORREMEDIACION.
Podemos definir biorremediación como la utilización
de seres vivos para solucionar un problema ambiental, tales como suelo o agua
subterránea contaminados. En un ambiente no contaminado, las bacterias, los
hongos, los protistas, y otros microorganismos heterotróficos degradan constantemente
la materia orgánica para obtener energía. Cuando un agente contaminante
orgánico, es accidentalmente liberado algunos de los microorganismos indígenas
morirán, mientras que sobrevivirían algunos otros capaces de degradar estos
compuestos orgánicos. Dependiendo del sitio y de sus contaminantes, la
biorremediación puede servmás segura y menos costosa.
INTRODUCCION
Productos fermentados como el yogurt, quesos, kéfir,
salsa de soja, cerveza y vino, han sido preparados con la ayuda de bacterias y
hongos. Los historiadores actuales suponen que los romanos sabían que la
depuración de las aguas servidas dependía directamente de su tiempo de
retención en el sistema de canales y lagunas. Hoy en día los microorganismos
continúan utilizándose a lo cual debe agregarse el uso en la producción de
antibióticos, vacunas, productos químicos.
Los sistemas de depuración de aguas actuales
comparten los principios de funcionamiento utilizados por sus antiguos
predecesores romanos. Los sistemas de depuración basados en lagunas de lodos
activados provocan la disminución de la carga orgánica mediante la degradación
microbiana.
En el caso de un ecosistema acuático, deberá
definirse cuáles serán los usos que tendrán esas aguas: pueden ser destinadas a
producir agua potable, para usos de recreación (balnearios), empleadas en
agricultura o ganadería, como reserva biológica u otros usos. El objetivo de la
biorremediación es eliminar, o al menos disminuir la concentración de
sustancias potencialmente tóxicas, utilizando como parte fundamental del
proceso a los microorganismos.
Los microorganismos utilizados en biorremediación
son generalmente no-fotosintéticos; ocupan el nivel trófico (de alimentación)
denominado de los descomponedores, en el que los hongos y bacterias son
componentes principales.
¿Cómo Obtienen Energía los Microorganismos?
1. Fotosíntesis
2. Oxidación
de compuestos inorgánicos
3. Oxidación
de compuestos orgánicos
Organismos heterotróficos, capaces de degradar
materia orgánica y tóxicos orgánicos. Los caminos metabólicos que pueden
emplear los microorganismos presentes en esta categoría se pueden clasificar en
tres grupos; el primero depende del
oxígeno (aeróbico) como aceptor final de electrones, mientras que los otros dos
se realizan en ausencia de oxígeno (anaeróbico).
La acción de los microorganismos
anaeróbicos es más lenta, pero son
capaces de degradar compuestos más tóxicos o con escasos lugares atacables
enzimáticamente en sus moléculas, como los hidrocarburos aromáticos policíclicos,
solventes clorados y pesticidas. Este
goza de “mala prensa” debido a que están asociados a la producción de
olores nauseabundos y gases inflamables, y también a que ellos son patógenos. El más simple sistema
anaeróbico es el de los digestores, que utilizan un tanque mezclador.
a) Respiración aeróbica. Este es
el proceso más eficiente de los tres (en cuanto a la producción de energía o
ATPs), es el elegido por los
microorganismos siempre que esté presente el oxígeno (que es el aceptor final
de los electrones) y, que tenga la
maquinaria enzimática para realizar el proceso.
Estos organismos son utilizados
en las plantas de tratamiento de aguas cloacales e industriales. Su función
básicamente se lleva a cabo poniendo en contacto las aguas residuales con una
población microbiana aclimatada, y controlando cuidadosamente las condiciones
ambientales.. Los organismos aeróbicos degradan la materia orgánica más
rápidamente y eficientemente que los anaeróbicos, por lo que generalmente son
los utilizados en los procesos de depuración de aguas, o lodos.
En una planta estándar de
tratamiento, la biomasa está suspendida en “flóculos” o grumos. Es fundamental
mantener elevada la concentración de oxígeno disuelto y se monitorean los
nutrientes y la DBO, a la entrada y a la salida de la planta. Se denomina DBO (demanda bioquímica de
oxígeno) a la cantidad de oxígeno necesaria para que los microorganismos
presentes en una muestra de agua
oxiden la materia orgánica.
b) Respiración anaeróbica. Es
similar a la respiración aeróbica, con la diferencia de que el último aceptor
de los electrones no es el oxígeno (sino nitratos, sulfatos, hidrógeno, etc.).
c) Fermentación: Algunos
organismos obtienen energía de la degradación de compuestos orgánicos,
degradándolos sólo parcialmente. Tanto
el donor como el aceptor de los electrones es una molécula orgánica.
Se entiende por biorremediación in
situ a aquellos procesos que utilizan microorganismos para degradar
sustancias peligrosas en el suelo y agua con mínima alteración de la estructura
del suelo. Usualmente el objetivo es realizarlo en forma aeróbica.
*Derrame de
hidrocarburos
Normalmente, en este tipo de derrames, el
petróleo se mueve hacia las capas subyacentes del suelo, pudiendo alcanzar el
nivel de las aguas subterráneas, y moverse en la dirección de éstas alcanzando
zonas algunos kilómetros “aguas abajo” en la dirección de flujo de las aguas
freáticas, formando lo que se denomina una “pluma”.
1) Retirada de la fase líquida no
acuosa (NALP). Difícilmente pueda degradarse in situ, debido a su
elevada toxicidad; la manera más económica de realizar este proceso es
bombeando este
líquido, y separando en la
superficie el petróleo del agua.
2) Estudios hidrogeológicos.
Estudios sobre las
características y composición del suelo también son necesarios para calcular el
volumen de “agua de poro” (el agua contenida en los intersticios del material
sólido por el que
circulan las aguas subterráneas)
y estimar la cantidad de líquido que deberá ser tratado. 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 de poro. El
tratamiento involucra bombear a la superficie grandes volúmenes de agua,
proceder a la separación de los hidrocarburos, y reinyectar el
agua, si esto es posible.
3) Estudios microbiológicos.
Algunos de estos estudios
involucran realizar mezclas del suelo contaminado con materia orgánica
(compost) y estudiar el grado de degradación conseguido por bacterias y hongos.
Es importante destacar que normalmente estos ensayos se realizan en condiciones
ideales (temperatura controlada, agitación enérgica, mezcla homogénea de suelo
y agua).
4) Elección de la ingeniería.
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. También deberán seleccionarse los puntos de
extracción de agua para ser tratada por métodos físicos o químicos de
eliminación de hidrocarburos.
Dependiendo de la estructura y composición de
suelos y aguas, el agregado de fosfatos puede
formar fosfato de calcio, que al
precipitar puede taponar las perforaciones realizadas, e inclusive parte de la formación
geológica involucrada.
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 (químico, físico o biológico); si la
calidad del agua tratada es la esperada, se comienza a reinyectarla. Luego se
prepara el envío de nutrientes y se inyecta junto con el agua de reinyección.
6) Operación y monitoreo. Debe
medirse con elevada frecuencia, diariamente, los valores de temperatura,
nutrientes, concentración de oxígeno, pH, potenciales de oxidación/reducción.
Con menor frecuencia deben medirse la cantidad de hidrocarburo, la toxicidad. Empíricamente se ha sugerido que una carga
microbiana de 106 unidades (UFC) por mililitro de agua es óptima.
7) Fin de las operaciones. Cuando
los niveles de los contaminantes alcanzan el nivel permitido , se realiza
normalmente un muestreo 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 oxígeno, nutrientes y carga
bacteriana regrese a los niveles previos a las operaciones, asegurándose de esa
manera que no sea posible la desorción de más hidrocarburo, que contamine el
agua subterránea.
Suelos contaminados
con TNT
La Biorremediación de suelos
contaminados con nitrotoluenos es muy importante por dos motivos; en primer
lugar los dinitro 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
por esto se requiere el agregado
de una fuente de carbono.
Esta técnica es de tipo landfarming,
y las operaciones principales son, la promoción de la humificación de manera
controlada, mediante la adición de materia orgánica al suelo, y , el incremento
del metabolismo de los microorganismos mediante el agregado de fuentes de
carbono de pequeño peso molecular.
Futuro de las Técnicas de Biorremediación
El uso de microorganismos
mejorados genéticamente, que pueden ser protegidos bajo patente, puede
optimizar algunos procesos de degradación de moléculas especialmente
resistentes.
Comparada con los métodos físicos
de limpieza, la biorremediación es más económica y causa menos perturbación en
el medio ambiente.
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.
