Bioremediacion

Biorremedición

La biorremediación es una tecnología que utiliza el potencial metabólico de los microorganismos (fundamentalmente bacterias, pero también hongos y levaduras) para transformar contaminantes orgánicos en compuestos más simples poco o nada contaminantes, y, por tanto, se puede utilizar para limpiar terrenos o aguas contaminadas. Su ámbito de aplicabilidad es muy amplio, pudiendo considerarse como objeto cada uno de los estados de la materia como:

• 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.

También se puede realizar una clasificación en función de los contaminantes con los que se puede trabajar: 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 microrganismos de manera apreciable, pero pueden ser inmovilizados o precipitados. Otros contaminantes: Compuestos organofosforados, cianuros, fenoles, etc.

A su amplio ámbito de aplicabilidad en cuanto a compuestos orgánicos, como ya se ha mencionado arriba, pueden sumarse las siguientes: 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 intrusiva en el medio y generalmente no requiere componentes estructurales o mecánicos dignos de destacar.

La biorremediación tiene también inconvenientes y limitaciones. Por ejemplo, la biodegradación incompleta puede generar intermediarios metabólicos inaceptables, con un poder contaminante similar o incluso superior al producto de partida. Por otra parte, algunos compuestos, como veremos, son resistentes o inhiben la biorremediación. El tiempo requerido para un tratamiento adecuado puede ser difícil de predecir y el seguimiento y control de la velocidad y/o extensión del proceso es laborioso.

La aplicabilidad de esta técnica depende de varios factores:

• Propiedades del contaminante (biodegradabilidad).En general, los hidrocarburos alifáticos se degradan rápidamente. Las estructurasmas ramificadas son más difíciles de degradar que las cadenas lineales, al producir impedimentos estéricos. Las cadenas ramificadas de sulfonatos de alquilo o arilo a menudo se degradan muy lentamente. Los dobles enlaces hacen la molécula más resistente, así como un incremento del número de anillos bencénicos. Las sustituciones químicas (ácidos dicarboxílicos, nitrilos, metilaciones, halogenaciones) también hacen la molécula más resistente. Por otra parte, labiodegradación de compuestos que contienen N ó S está ligada frecuentemente a su utilización como nutrientes.

• Presencia de comunidades microbianas adecuadas, con capacidad enzimática para metabolizar el compuesto(-s). Los microorganismos pueden ser autóctonos (biorremediación intrínseca o atenuación) o añadidos al sistema para mejorar la degradación (bioaumentación). Sobre estos conceptos volveremos más adelante.

• Disponibilidad del contaminante. Es un factor crítico, más importante que la propia presencia de comunidades microbianas. Para que la degradación de un contaminante pueda producirse, es necesario que interaccione con la célula en medio acuoso. Inicialmente lo hará con la parte exterior de su pared para posteriormente ser transportado al interior de la misma. La forma más común de transporte es la complejación con enzimas extracelulares producidos por los microorganismos. Muchos contaminantes orgánicos, como los derivados del petroleo, PCBs, hidrocarburos aromáticos policíclicos (naftaleno, pireno, fluoreno), solventes halogenados, etc., son hidrofóbicos y tienden a adsorberse en el suelo, concretamente a la fracción orgánica (ácidos humicos, ácidos fúlvicos y humina). Esta es una de las causas, por ejemplo, de la persistencia de muchos pesticidas. La producción de surfactantes por los microorganismos es un factor determinante, como veremos, que atenúa este problema y facilita la degradación.

• Condiciones del medio contaminado: Propiedades que permiten o limitan el crecimiento microbiano y el metabolismo del compuesto. A veces es necesario modificar las condiciones, por ejemplo, añadiendo nutrientes o aireando (bioestimulación).

Fitorremediación

La fitoremediación es una tecnología emergente que utiliza plantas para remediar aire, suelos, sedimentos, agua superficial y agua subterránea contaminadas con metales tóxicos, toxinas orgánicas y otros elementos.

Esta tecnología o técnica de descontaminación es efectiva, no intrusiva y de bajo costo. De hecho, es la alternativa de mejor costo-beneficio respecto de los métodos mecánicos o químicos para remover sustancias o compuestos peligrosos del suelo. Por otra parte, es estética y naturalmente amigable con el ambiente, por lo que se presenta como una forma de descontaminación socialmente aceptable para las comunidades circundantes y para los organismos o agencias regulatorios.

Aunque los primeros usos de la fitoremediación, a mediados de los años 90, fueron enfocados a la extracción de metales pesados acumulados en el suelo, hoy en día su uso se está ampliando fuertemente a otros campos, como el de la absorción del exceso de nutrientes provenientes de la agricultura tradicional y que se presentan por diversas fuentes como la fertilización o los purines de las explotaciones ganaderas.

Algunas investigaciones en este tema han hallado resultados sorprendentes como la habilidad de las plantas para degradar ciertos compuestos orgánicos, lo que ha generado como consecuencia un fuerte aumento en la investigación y desarrollo de la fitoremediación como tecnología de descontaminación de compuestos de origen orgánico como solventes clorados, explosivos e hidrocarburos del petróleo. En los últimos años también se han iniciado pruebas exitosas para la degradación y absorción de hidrocarburos aromáticos y difenoles policlorinados.

ALGUNOS TIPOS DE FITOREMEDIACIÓN

a) Fitorremediación ex planta

Hay dos estrategias principales para la fitoremediación de compuestos orgánicos: la fitoremediación directa o absorción directa por las raíces de las plantas, y la fitoremediación ex planta que se basa en la selección de plantas que tienen la capacidad de exudar o secretar sustancias que son aprovechadas por otras comunidades del suelo como bacterias y hongos, las que al tener una fuente de energía proveniente de las raíces de la planta, se desarrollan y son capaces de degradar los compuestos orgánicos contaminantes.

Actualmente la ciencia se ha enfocado en buscar las especies de plantas que producen la mayor cantidad y calidad de estos exudados a través de sus raíces. Dentro de estas especies benéficas se encuentra muy bien posicionada la zarzamora, ampliamente distribuida en el paisaje de la zona centro y centro sur de Chile.

b) Enzimas degradativas derivadas de las plantas

Además de la secreción de algunos compuestos orgánicos que favorecen el crecimiento de las comunidades biológicas del suelo, como en el caso de la fitoremediación ex planta, algunas especies excretan enzimas en los suelos y aguas del subsuelo que son capaces de descomponer ciertos contaminantes orgánicos.

Estas enzimas han probado ser muy eficaces en la degradación de desechos explosivos como el TNT, vulgarmente conocido como dinamita, y muchos otros compuestos de formas químicas similares. En este campo no existe actualmente mucha investigación, pero sin duda que deberá ser materia de muchos estudios en un futuro cercano.

c) Absorción directa de contaminantes orgánicos

Por analogía con la fitoextracción de metales, la absorción directa de contaminates orgánicos está limitada por la cantidad del compuesto en el suelo y por los mecanismos de extracción de la planta. Con muy pocas excepciones, el movimiento de los compuestos orgánicos en la planta se produce por la fase líquida del suelo, lo que se conoce como solución del suelo, que ha sido estudiada profusamente para la extracción de herbicidas y pesticidas. En este sentido, y a diferencia de los mecanismos anteriores, la búsqueda se ha centrado en plantas con una alta capacidad de transpiración o, en otras palabras, que tienen un “efecto de bombeo” mayor.

d) El problema del dióxido de carbono y el efecto invernadero

El aumento en niveles atmosféricos de dióxido de carbono se ha convertido en una preocupación mundial. La buena noticia es que el dióxido de carbono es utilizado por los árboles para el crecimiento y el almacenaje en la madera de toda la planta, es decir, sobre y bajo el suelo.

Los agricultores también tienen un rol muy activo sobre esta problemática aumentando el almacenaje del carbono en regiones agrícolas. El carbono es un componente del dióxido de carbono, el gas más conocido y abundante de los que provoca el efecto invernadero. El almacenaje o «secuestro» del carbono en el suelo como materia orgánica con la ayuda de los árboles y otras plantas reduce la cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera. Ésta es la razón por la cual al suelo y la vegetación a veces se le conoce como “carbon sink”.

e) Algunos sistemas ya existentes

Short Rotation Forest (SRF): se habla de estos sistemas cuando

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