La biodescontaminación es un proceso espontáneo o dirigido en el cual mediante procedimientos biológicos, fundamentalmente microbiológicos, se degradan o transforman los contaminantes hasta formas menos tóxicas o no tóxicas y se mitiga, como consecuencia, la contaminación ambiental.
La recuperación de un espacio contaminado puede abordarse mediante diferentes estrategias, se pueden agrupar en tres categorías:
a) Confinamiento: tiene como finalidad el aislamiento de la fuente contaminante, evitando la salida de líquidos (lixiviados), polvo o gases; es decir controlando la dispersión de la contaminación. Es el tratamiento que se aplica habitualmente en el caso de contaminaciones provocadas por los vertederos incontrolados de residuos industriales.
b) Limpieza: incluye la aplicación de una o varias tecnologías para eliminar los contaminantes del suelo. Se distinguen tres tipos de tratamiento:
1) tratamiento in situ del suelo contaminado (se trata en el lugar en el que se ha producido, el tratamiento in situ es menos costoso y permite que se utilice el espacio durante el mismo).
2) Excavación del emplazamiento contaminado, retirada del suelo afectado y tratamiento ex situ del mismo (hay que proceder a una excavación del suelo contaminado o a un bombeo del agua contaminada antes de proceder a su tratamiento
3) excavación, retirada y depósito en vertedero controlado
c) Estrategia de respuesta: es un tratamiento a largo plazo que incluye actuaciones diversas y modificables en función de una primera evaluación de la situación y dela evolución de la misma durante el tratamiento. Se suele elegir, cuando las aguas subterráneas ya se han contaminado.
Se incluye una clasificación de las diferentes técnicas empleadas, agrupadas según su naturaleza y la forma de aplicación.
1.Tratamientos in situ
ᵒFisicoquímicos:
a)Extracción con vapor
b)Lavado
c)Solidificación y estabilización
d)Separación electrocinética
ᵒBiológicos:
a)Biodescontaminación
b)Fitodescontaminación
2.Tratamientos ex situ
ᵒTérmicos:
a)Desorción térmica
b)Incineración
ᵒFisicoquímicos:
a)Extracción con disolventes
b)Lavado
c)Oxido-reducción
d)Deshalogenación química
e)Solidificación y estabilización
ᵒBiológicos:
a)Laboreo agrícola
b)Biopilas
c)Biodegradación en reactor
3. Tratamientos biológicos
ᵒMediante plantas (implica el uso de vegetales superiores para retirar, contener, acumular o degradar los contaminantes ambientales del suelo, aguas subterráneas, aguas superficiales, sedimentos y aire).
Las plantas pueden ser usadas en la descontaminación aprovechando su capacidad de mineralizar de terminados compuestos toxicos o de acular y con concentrar metales pesados y otros compuestos inorgánicos del suelo.
ᵒTratamiento microbiológico de espacios contaminados se basa en la capacidad de diversos micro-organismos, ya sean levaduras, hongos o bacterias para romper o degradar sustancias peligrosas convirtiéndolas en productos menos tóxicos o inocuos. Algunos microorganismos pueden metabolizar pro-ductos como combustibles o disolventes, que constituyen un riesgo para la salud humana y para los ecosistemas en los que son vertidos.
El objetivo de las técnicas de recuperación biológica, es la creación de las condiciones ambientales óptimas para que los microorganismos se puedan desarrollar adecuadamente y provocar la máxima des toxificación. La tecnología específica empleada en cada caso, depende del tipo de microorganismos de que se trate, de las condiciones del espacio contaminado y de la naturaleza y cantidad de contaminante o contaminantes
Hay diferentes tipos de microorganismos algunos son:
a) Microorganismos denominados endógenos, son aquellos que se encuentran formando parte del ecosistema que se pretende descontaminar. Para estimular el crecimiento de estos microorganismos y forzar la degradación de los contaminantes, puede que sea necesario establecer unas condiciones de temperatura, oxigenación y contenido de nutrientes determinadas
b) Microorganismos exógenos. Cuando en el ecosistema no esté presente la actividad biológica que se requiere para degradar la contaminación producida, pueden incorporarse microorganismos de otra procedencia cuando hay este tipo de microorganismos se debe asegurar que las condiciones de este nuevo emplazamiento permitirán el desarrollo de la microflora incorporada.
PROCESOS DE ATENUACION NATURAL
Conjunto de procesos físicos, químicos y biológicos, que espontáneamente ocurren en un espacio determinado, con posterioridad a la aparición de la contaminación en el mismo.
Reduce:
-La masa
-La toxicidad
-La movilidad
-El volumen o la concentración de contaminantes en suelo o agua subterránea incluye diversos mecanismos tales como:
-Dispersión
-Dilución
-Adsorción
-Volatilización
-Estabilización y transformación o destrucción de contaminantes por vía química o biológico
Biodegradación.
2. Transformación química. La tasa de transformación química depende de diferentes variables tales como pH, temperatura y naturaleza del contaminante.
3. Estabilización. Los contaminantes quedan químicamente ligados por un agente estabilizante (por ejemplo, arcilla y materiales húmicos) y se dificulta o impide su migración.
4. Volatilización. Puede contribuir al proceso de atenuación natural mediante transferencia de VOC (compuestos orgánicos volátiles) desde el agua subterránea hacia la zona de vadosa o la atmósfera pero es comparativamente un componente menor de la atenuación natural.
5. Dispersión y dilución. Asumiendo que la fuente de contaminación cesa, a medida que la pluma de contaminante se mueve vertical y lateralmente desde el punto inicial, se dispersa la contaminación y disminuye la concentración del contaminante.
La atenuación natural
Es considerada, en algunos casos, una alternativa aceptable en comparación con otros métodos más activos, siempre y cuando se puedan cumplir unos objetivos de descontaminación en un intervalo de tiempo aceptable.
TRATAMIENTO BIOLÓGICO IN SITU DE SUELOS CONTAMINADOS
El tratamiento in situ no requiere excavar y retirar el suelo contaminado, por lo cual provoca menos liberación de polvo y contaminantes y permite descontaminar mayor volumen de suelo por tratamiento que las técnicas ex situ. En este caso, el propio suelo funciona como un reactor biológico.
Tiene algunas desventajas como:
-Mayor lentitud
-Dificultad de mantener las condiciones y dependencia del tipo de suelos, que deben ser permeables si se quiere asegurar un buen rendimiento del proceso.
Este tratamiento busca:
La adecuada oxigenación y aporte de nutrientes a los microorganismos del suelo. Existen dos métodos para incorporar el oxígeno al suelo.
• Uno es la inyección directa de aire en el suelo que está por encima de la capa freática (Cuando lo que se bombea es aire, se hace a través de unos pozos perforados en la zona contaminada. El número, localización y profundidad de los pozos, depende de los factores geológicos y de ingeniería del proceso. A la vez que el aire, también deben bombearse al suelo nutrientes como nitrógeno y fósforo.)
• Y el otro consiste en suministrar oxígeno en forma líquida como peróxido de hidrógeno. (Este sistema sólo se utiliza si el agua subterránea está ya contaminada. La inyección del peróxido puede hacerse a través de tuberías y difusores o de pozos en el caso de que la contaminación del suelo sea profunda)
TRATAMIENTO BIOLÓGICO IN SITU DE SUELOS CONTAMINADOS
El tratamiento in situ no requiere excavar y retirar el suelo contaminado, por lo cual provoca menos liberación de polvo y contaminantes y permite descontaminar mayor volumen de suelo por tratamiento que las técnicas ex situ. En este caso, el propio suelo funciona como un reactor biológico.
Tiene algunas desventajas como:
• mayor lentitud
•dificultad de mantener las condiciones y dependencia del tipo de suelos, que deben ser permeables si se quiere asegurar un buen rendimiento del proceso.
Este tratamiento busca:
La adecuada oxigenación y aporte de nutrientes a los microorganismos del suelo. Existen dos métodos para incorporar el oxígeno al suelo.
• Uno es la inyección directa de aire en el suelo que está por encima de la capa freática (Cuando lo que se bombea es aire, se hace a través de unos pozos perforados en la zona contaminada. El número, localización y profundidad de los pozos, depende de los factores geológicos y de ingeniería del proceso. A la vez que el aire, también deben bombearse al suelo nutrientes como nitrógeno y fósforo.)
• Y el otro consiste en suministrar oxígeno en forma líquida como peróxido de hidrógeno. (Este sistema sólo se utiliza si el agua subterránea está ya contaminada. La inyección del peróxido puede hacerse a través de tuberías y difusores o de pozos en el caso de que la contaminación del suelo sea profunda)
PROCESO DE ENVEJECIMIENTO DE LA CONTAMINACIÓN
El envejecimiento de los compuestos en el suelo depende de diversos factores tales como, cantidad y naturaleza de la materia orgánica, constituyentes inorgánicos del suelo, fundamentalmente estructura y tamaño de poro, micro flora del suelo, concentración de contaminante, procesos de adsorción y atrapamiento en los micro poros del suelo o en los complejos húmicos de la materia orgánica.
El resultado final del proceso de envejecimiento es la movilización de compuestos desde los compartimentos más accesibles del suelo, a los menos accesibles o a los inaccesibles, con lo cual se produce una reducción en la capacidad de extracción de dichos compuestos
VALORACIÓN DE LA BIODISPONIBILIDAD
La biodisponibilidad de un compuesto orgánico puede ser evaluada con dos perspectivas distintas, químicas o biológicas.
Aspectos biológicos de la valoración de la biodisponibilidad
Para que la bio degradacion tenga lugar deben cumplirse dos requisitos:
a) El compuesto debe ser accesible al organismo que se trate.
b) El compuesto debe ser biodegradable.
Obviamente, tanto la biodisponibilidad como la biodegradabilidad pueden ser valoradas por métodos biológicos y existe un buen número de ensayos estándar utilizando microorganismos.
Una técnica que se está introduciendo es la de la bioluminiscencia que evalúa la biodisponibilidad, midiendo el impacto de los contaminantes sobre la actividad de organismos luminiscentes.
El desarrollo de microorganismos con marcadores de bioluminiscencia para determinar la toxicidad en espacios contaminados, presenta ventajas sobre otros ensayos con organismos superiores, ya que es una técnica rápida y poco costosa que permite obtener buenos resultados con metales pesados y contaminantes orgánicos.
A la hora de valorar la biodisponibilidad de un contaminante, no sólo hay que tener en cuenta la especificidad de los organismos, sino, también, el objetivo concreto de la valoración, que puede ser tanto la predicción del potencial de descontaminación biológica en un determinado emplazamiento contaminado, como la determinación de riesgo toxicológico o la evaluación de la posibilidad de bioacumulación
Valoración de la eficiencia de un tratamiento biológico de descontaminación.
Un aspecto imprescindible en cualquier programa de biodescontaminación, es la evaluación del éxito obtenido después de la aplicación del tratamiento. Algunos de estos factores difíciles de valorar son los siguientes:
1. La concentración de los substratos,
2. El ambiente y
3. El grado de lixiviación.
Química de los hidrocarburos del petróleo.
Existen tres grupos mayoritarios en los hidrocarburos del petróleo: alcanos (parafinas), alquenos (olefinas) e hidrocarburos aromáticos.
Las parafinas son uno de los principales constituyentes del crudo y se encuentran en los diferentes productos refinados del petróleo: gasolina, queroseno, diesel, aceites combustibles etc. Hay tres tipos de parafinas: alcanos lineales, alcanos ramificados y naftenos (sus átomos de carbono están dispuestos en uno o más anillos).
Las olefinas se forman durante el proceso de refino del crudo. Estas moléculas se caracterizan por tener dobles enlaces en su estructura.
Los hidrocarburos aromáticos pueden ser de un solo anillo o contener varios anillos aromáticos, tienen gran movilidad y presentan una baja solubilidad en agua, siendo la mayor parte de ellos lipofílicos.
Tratamiento biológico de contaminaciones por petróleo y sus derivados.
Algunas de las consideraciones generales con relación a cualquier proceso de degradación biológica de compuestos derivados del petróleo son:
1. La biodegradación de todos los hidrocarburos requiere la disponibilidad de aceptores electrónicos.
2. La biodegradación de alcanos así como las rutas metabólicas implicadas están bien identificadas.
3. Muchas bacterias producen surfactantes como respuesta a la presencia de hidrocarburos.
4. En algunas ocasiones, aunque no se produzca una biodegradación considerable, se pueden producir biotransformaciones beneficiosas.
Hay que conocer los compuestos contaminantes que están presentes y cuáles de ellos deben ser eliminados. Hay que decidir qué tipo de microorganismos van a ser empleados y hay que diseñar el método que va a permitir evaluar el grado de éxito del tratamiento aplicado. En general, se puede establecer un sistema de evaluación en tres etapas que incluye:
1) Estudios básicos de laboratorio,
2) Estudios con microcosmos usando material del emplazamiento contaminado y
3) Evaluación del tratamiento en sistemas de mayor escala ya sea plantas piloto o instalaciones in situ.
Aplicaciones de hongos en tratamientos de biodescontaminación.
El elevado valor de la relación superficie/volumen celular de los hongos filamentosos les convierte en eficaces degradadores en determinados nichos como los suelos contaminados. Por otra parte, los hongos tienen una capacidad muy notable para acumular metales pesados.
Entre los basidiomicetos, se encuentran las especies con las características más adecuadas para ser utilizadas en diferentes procesos biotecnológicos, incluidos los de biodescontaminación.
Los hongos de podredumbre blanca disponen de una capacidad muy relevante de degradar mayoritariamente la lignina, un polímero polifenólico heterogéneo, que es uno de los tres componentes principales de los sustratos lignocelulósicos.
Los hongos ligninolíticos más eficaces se encuentran entre los basidiomicetos. Cuentan con una batería de enzimas extracelulares, oxidasas y peroxidasas, que contribuyen, en determinadas condiciones, a despolimerizar la compleja estructura de la lignina.
Entre los diferentes xenobióticos que pueden ser transformados por hongos basidiomicetos, se encuentran fundamentalmente: pesticidas, hidrocarburos aromáticos, compuestos orgánicos clorados, etc. Se ha mostrado la capacidad de estos organismos para decolorar efluentes de industrias aceiteras, textiles o papeleras. También, se ha estudiado la capacidad de estos hongos para degradar o modificar diferentes sustratos tales como, pulpas papeleras, clorofenoles, hidrocarburos policíclicos aromáticos, lignina kraft, sustratos lignocelulósicos, etc.
El hecho que P. chrysosporium haya demostrado su capacidad para degradar fenantreno en condiciones no ligninolíticas y que otros hongos oxiden antraceno por algún sistema independiente de lignina peroxidasa, sugiere que este grupo de hongos posee mecanismos para degradar polímeros aromáticos, alternativos a los conocidos para degradar la lignina de la madera.
