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.