Biorremediación y Fitorremediación

Fitorremediación y Fitorremediación biorremediación de un sitio contaminado

INTRODUCCIÓN •

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Sabemos Sabemos que en la actualidad actualidad hay hay mucha contami contaminación nación en el aire, aire, en los ríos y lagunas, y hasta el agua de lluvia se contamina antes de llegar al suelo. También También el suelo y el subsuelo se contaminan. Hay Hay much muchas as forma ormass de cont contam amin inar ar los los suel suelos os y los los acuí acuífferos eros.. Los Los plaguicidas que se usan en el campo para eliminar la fauna nociva de los cultivos están hechos con compuestos químicos que en su mayoría son tóxicos y se deben usar sólo en las dosis requeridas. La magnitud magnitud de la contam contaminaci inación ón depende depende de los compuest compuestos os que se derramen, pero también de la cantidad derramada y del tipo de suelo que se contamine.

INTRODUCCIÓN •

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Sabemos Sabemos que en la actualidad actualidad hay hay mucha contami contaminación nación en el aire, aire, en los ríos y lagunas, y hasta el agua de lluvia se contamina antes de llegar al suelo. También También el suelo y el subsuelo se contaminan. Hay Hay much muchas as forma ormass de cont contam amin inar ar los los suel suelos os y los los acuí acuífferos eros.. Los Los plaguicidas que se usan en el campo para eliminar la fauna nociva de los cultivos están hechos con compuestos químicos que en su mayoría son tóxicos y se deben usar sólo en las dosis requeridas. La magnitud magnitud de la contam contaminaci inación ón depende depende de los compuest compuestos os que se derramen, pero también de la cantidad derramada y del tipo de suelo que se contamine.

El término biorremediación fue acuñado a principios de la década de los '80. Los científicos observaron que era era posi posibl blee apli aplica carr estr estrat ategi egias as de remed remedia iaci ción ón que fues fuesen en biol biológ ógic icas as,, basa basada dass en la capac apacid idad ad de los los microorganismos de realizar procesos degradativos .

Biorremediación •

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Se define como biorremediación a cualquier proceso que utilice microorganismos, hongos, plantas o las enzimas derivadas de ellos para retornar a un medio ambiente alterado por contaminantes a su condición natural. La biorremediación puede ser empleada para atacar contaminantes específicos del suelo, por ejemplo en la degradación bacteriana de compuestos organoclorados o de hidrocarburos. Un ejemplo de un tratamiento más generalizado es el de la limpieza de derrames de petróleo por medio de la adición de fertilizantes con nitratos o sulfatos para estimular la reproducción de bacterias nativas o exógenas (introducidas) y de esta forma facilitar la descomposición del petróleo crudo.

Tipos de biorremediación •

En los procesos de biorremediación generalmente se emplean mezclas de ciertos microorganismos o plantas capaces de degradar o acumular sustancias contaminantes tales como metales pesados y compuestos orgánicos derivados de petróleo o sintéticos. Básicamente, los procesos de biorremediación pueden ser de tres tipos:

1. . Degradación enzimática •

Este tipo de degradación consiste en el empleo de enzimas en el sitio contaminado con el fin de degradar las sustancias nocivas. Estas enzimas se obtienen en cantidades industriales por bacterias que las producen naturalmente, o por bacterias modificadas genéticamente que son comercializadas por las empresas biotecnológicas.

Degradación enzimática •

Por ejemplo, existe un amplio número de industrias de procesamiento de alimentos que producen residuos que necesariamente deben ser posteriormente tratados. En estos casos, se aplican grupos de enzimas que hidrolizar (rompen) polímeros complejos para luego terminar de degradarlos con el uso de microorganismos.

2. Remediación microbiana •

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En este tipo de remediación se usan microorganismos directamente en el foco de la contaminación. Los microorganismos utilizados en biorremediación pueden ser los ya existentes (autóctonos) en el sitio contaminado o pueden provenir de otros ecosistemas, en cuyo caso deben ser agregados o inoculados. La descontaminación se produce debido a la capacidad natural que tienen ciertos organismos de transformar moléculas orgánicas en sustancias más pequeñas, que resultan menos tóxicas. se aprovechan en el proceso de biorremediación. De esta forma, reducen la polución de los sistemas acuáticos y terrestres.

Fuente: foro internacional supervisión y fiscalización ambiental en el sector hidrocarburos - Osinergmin

tipos Pseudomonas

achromobacter sp

bacillus

penicilium

candida

trichoderma

FIG 2:   “METABOLISMO MICROBIANO”. Los microorganismos ingieren contaminantes como fuente de carbono y algunos nutrientes como fósforo y nitrógeno. La digestión de estos compuesto en sustancias más simples como parte del metabolismo del microorganismo, puede resultar en la degradación del compuesto en forma parcial (transformación) o total a dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O).

VENTAJAS

DESVENTAJAS

Son tecnologías más benéficas para el ambiente

Disminuye la cantidad contaminada

Los contaminantes son usualmente convertidos a productos inocuos

Se requiere un mínimo o ningún tratamiento posterior

Requieren mayores tiempos de tratamiento

No pueden emplearse si el tipo de suelo no favorece el crecimiento microbiano

Puede no reducir la concentración de contaminantes al nivel deseado

Puede ser difícil su control

Biorremediación de suelos contaminados con pesticidas: caso DDT El uso de estos insecticidas organoclorados se ha prohibido en la mayoría de los países, debido a su persistencia en el ambiente, susceptibilidad de biomagnificación y potencial toxicidad a animales superiores. La biorremediación involucra el uso de microorganismos para degradar contaminantes orgánicos presentes en el ambiente, transformándolos en compuestos más simples y de menor peligrosidad, inclusive inocuos.

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En suelo los compuestos bifenilos clorados como el DDT, pueden ser parcialmente biodegradados por un grupo de bacterias aerobias que cometabolizan el contaminante. Las bacterias Gram-negativas y Gram-positivas tienen la habilidad de metabolizar el DDT, entre ellas Alcaligenes eutrophus, Hydrogenomonas sp., Pseudomonas putida

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  Uno de los mecanismos por los cuales los microorganismos degradan DDT es enzimático, en estos procesos se generan radicales hidroxilo, llevando a cabo reacciones Fenton extracelularmente, cuyo tipo de reacción depende de la concentración de hierro en el medio.

Se ha demostrado que la adición de nitrógeno y fósforo al suelo contaminado con compuestos orgánicos, estimula la biodegradación de estos compuestos e incrementa la abundancia de especies microbianas. La cantidad de nitrógeno y fósforo requerido para la biodegradación, debe reflejar la cantidad que debe ser incorporada en la biomasa que es formada a medida que los microorganismos utilizan la fuente de carbono contaminante para crecimiento.

FITORREMEDIACIÓN La fitorremediación (phyto = planta y remediación = mal por corregir), es un proceso que utiliza plantas para remover, transferir, estabilizar, concentrar y/o destruir contaminantes (orgánicos e inorgánicos) en suelos, lodos y sedimentos y aguas contaminadas.

CRITERIOS DE SELECCIÓN DE PLANTAS Las plantas a utilizar deben tener las siguientes características:  Ser tolerantes a altas concentraciones de metales.  Ser acumuladoras de metales.  Tener una rápida tasa de crecimiento y alta productividad.  Ser especies locales, representativas de la comunidad natural.  Ser fácilmente cosechables NÚÑEZ LÓPEZ, Roberto Aurelio y otros. 2004.

COMPETITIVIDAD ECONÓMICA

La fitorremediación es económicamente competitiva respecto de otras alternativas de remediación. MENTABERRY Alejandro. FITORREMEDIACIÓN

TÉCNICAS DE FITORREMEDIACIÓN •

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  Fitoextracción   Fitoestabilización o fitomovilización   Fitodegradación

Representación esquemática de los distintos mecanismos de fitocorrección (Díez, 2008).

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  Rizodegradación   Rizofiltración   Fitovolatilización   Fitosalinización

Fitoextracción Proceso implicado en la fitoextracción de contaminantes del suelo (Cunningham, 1995).

BAYÓN SANZ, Sara. Aplicación de la fitorremediación a suelos contaminados por metales pesados.

Fitoestabilización o fitomovilización

Procesos implicados en la fitoestabilización de los suelos contaminados. BAYÓN SANZ, Sara. Aplicación de la fitorremediación a suelos contaminados por metales pesados.

Fitodegradación

Procesos de fitodegradación de contaminantes orgánicos en el suelo (Cunningham, 1995).

Rizodegradación Se refiere a la descomposición de contaminantes orgánicos en el suelo por microorganismos presentes en la rizosfera (Mukhopadhyay and Maiti, 2010). En esta zona del suelo las plantas secretan exudados ricos en carbohidratos, aminoácidos y flavonoides; creando así un entorno rico en nutrientes que estimula la actividad metabólica microbiológica hasta cien veces mayor de lo normal. BAYÓN SANZ, Sara. Aplicación de la fitorremediación a suelos contaminados por metales pesados.

Rizofiltración Se basa en que algunas plantas acuáticas, de humedales, algas, bacterias y hongos, resultan ser buenos biosorbentes de metales presentes en las aguas contaminadas a través de las raíces. Aunque los estudios en este sentido son prometedores, la limpieza a gran escala utilizando esta técnica no está demostrada excepto para algunas aplicaciones limitadas (Díez, 2008). BAYÓN SANZ, Sara. Aplicación de la fitorremediación a suelos contaminados por metales pesados.

Fitovolatilización Es la absorción de contaminantes del suelo por plantas, su conversión a formas volátiles y su posterior liberación a la atmósfera. Es una estrategia utilizada con contaminantes orgánicos y algunos metales pesados como Hg y Se; pero en esta técnica existe una controversia, ya que no se excluye completamente el contaminante, sino que se transfiere del suelo a la atmósfera, donde puede volver a ser redepositado (Hazrat et al., 2013). BAYÓN SANZ, Sara. Aplicación de la fitorremediación a suelos contaminados por metales pesados.

Fitosalinización Es una técnica reciente emergente. Se refiere al uso de plantas halófitas para suprimir el cloruro sódico de suelos salinos que hacen imposible el crecimiento normal de otras plantas (Hazrat et al., 2013).

BAYÓN SANZ, Sara. Aplicación de la fitorremediación a suelos contaminados por metales pesados.

CONTAMINANTES ORGÁNICOS • •

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Son consecuencia de las actividades humanas. Dependiendo de sus propiedades, pueden ser:  Degradados en la zona radicular  Incorporados a la planta: degradación, secuestro o volatilización.   Ejemplos de descontaminaciones exitosas por fitorremediación: Solventes orgánicos, herbicidas, explosivos, hidrocarburos derivados del petróleo, bifenilos policlorinados (PCBs), tricloroetileno (TCE), hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAHs). MENTABERRY, Alejandro. FITORREMEDIACIÓN

CONTAMINANTES INORGÁNICOS •

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  Pueden ser consecuencia de elementos naturales presentes en la corteza . terrestre y/o en la atmósfera, o resultado de actividades humanas. No pueden ser degradados, pero pueden fitorremediarse mediante . estabilización o secuestro en la parte cosechable de la planta. Ejemplos de descontaminaciones exitosas por fitorremediación: Macronutrientes vegetales (nitrato y fosfato), elementos traza (Cr, Cu, Fe, . Mn, Mo, Zn), elementos no esenciales (Cd, Co, F, Hg, Se, Pb, V y W), e . isótopos radioactivos (238U, 137Cs y 90Sr), entre otros. MENTABERRY, Alejandro. FITORREMEDIACIÓN

Tipos de plantas más utilizadas •

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Freatófitas:   plantas de raíces profundas (álamo, sauce, algodonero). Pasturas:   por su tipo de raíz retienen el suelo. Legumimosas:   permiten enriquecer el suelo en N2. Acuáticas:   permiten la degradación de contaminantes en humedales artificiales. FITORREMEDIACIÓN

Caso •

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«Como respuesta a la creciente contaminación tanto de suelo y

agua, generada por derrames accidentales de hidrocarburos del petróleo, de han implementado diversos sistemas biológicos encaminado a la limpieza y recuperación de las áreas impactadas, … para esto se hará uso de plantas y la actividad de microbiana de la rizósfera como pieza clave en los procesos de Fitorremediación». La contaminación del suelo por hidrocarburos del petróleo en el estado de Tabasco (México) ha llegado a abarcar 0.07% de área total del estado. Para esto los métodos de Biorremediación son los que tomaron mayor interés debido al ser de bajo costo y ambientalmente amigable, sin embargo este proceso puede tomar varios años, de tal forma que se han buscado mas alternativas. FERRERA CERRATO, Ronald - et al. (2006) en «PROCESOS DE BIORREMEDIACIÓN DE SUELO Y AGUA CONTAMINADOS POR HIDROCARBUROS DEL PETRÓLEO Y OTROS COMPUESTOS ORGÁNICOS» http://www.medigraphic.com/pdfs/lamicro/mi-2006/mi062s.pdf 

  Fitorremediación •

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  Otra alternativa de limpieza de suelos contaminados con hidrocarburos del petróleo se fundamenta en la utilización de plantas, lo que se conoce como Fitorremediación. El principio de la fitorremediación es establecer especies vegetales tolerantes y estimular la actividad microbiana de la rizósfera, con el fin de favorecer la oxidación y degradación de los contaminantes orgánicos en el suelo. La fitorremediación tiene diversas clasificaciones con base en la actividad fisiológica de las plantas al enfrentar los contaminantes.

FERRERA CERRATO, Ronald - et al. (2006) en «PROCESOS DE BIORREMEDIACIÓN DE SUELO Y AGUA CONTAMINADOS POR HIDROCARBUROS DEL PETRÓLEO Y OTROS COMPUESTOS ORGÁNICOS» http://www.medigraphic.com/pdfs/lamicro/mi-2006/mi062s.pdf 

  Clasificación •

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Se tienen plantas que con capaces de remover contaminantes inorgánicos y acumularlos en sus tejidos (fitoextracción/ fitoacumulación/ fitominería). Otras especies contribuyen a la disminución de la migración de contaminantes en aguas subterráneas; así las plantas son utilizadas como un   “sistema de   bombeo”  de agua contaminada mediante el proceso de transpiración (fitobombeo). Una alternativa para la remediación de suelos contaminados con metales pesados es el uso de plantas cuyos exudados radicales contribuyen a la precipitación de los metales y por consiguiente, reducen su biodisponibilidad quedando estabilizados en la matriz del suelo (fitoestabilización). FERRERA CERRATO, Ronald - et al. (2006) en «PROCESOS DE BIORREMEDIACIÓN DE SUELO Y AGUA CONTAMINADOS POR HIDROCARBUROS DEL PETRÓLEO Y OTROS COMPUESTOS ORGÁNICOS» http://www.medigraphic.com/pdfs/lamicro/mi-2006/mi062s.pdf 

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El Área de Microbiología del Colegio de Postgraduados (CP), ha venido desarrollando una serie de investigaciones desde el punto de vista básico, encaminadas al entendimiento de la remediación de hidrocarburos del petróleo a través del establecimiento de plantas seleccionadas y al estudio de la microbiota asociada a la rizósfera contaminada. Algunas especies de plantas probadas con éxito en la fitorremediación de suelos contaminados con hidrocarburos del petróleo son: Zea mays L., Panicum maximun Jacq., Paspalum virgatum L., Echinochloa polystachya H.B.K., Sorghum vulgare L., Phaseolus vulgaris L., Phaseolus coccineus L., Chamaecrista nictitans (L.) Moench., Brachiaria brizantha (Hochst. ex A. Rich) Stapf., Triticum aestivum L., Hordeum vulgare L., entre otras. FERRERA CERRATO, Ronald - et al. (2006) en «PROCESOS DE BIORREMEDIACIÓN DE SUELO Y AGUA CONTAMINADOS POR HIDROCARBUROS DEL PETRÓLEO Y OTROS COMPUESTOS ORGÁNICOS» http://www.medigraphic.com/pdfs/lamicro/mi-2006/mi062s.pdf 

Resultados •

Durante la Fitorremediación de suelos contaminados con hidrocarburos del petróleo, los microorganismos asociados a la rizósfera y aquéllos denominados como simbióticos obligados, representan una alternativa biológica para incrementar el potencial de remediación de los compuestos contaminantes. El aislamiento y selección, y posterior inoculación de los ecotipos microbianos mejor adaptados (bioaumentación) a contaminantes orgánicos es una excelente alternativa con bajo costo y nulos efectos ambientales. El entendimiento de la aplicación de fuentes inorgánicas u orgánicas de nutrimentos en la fitorremediación (bioestimulación), requiere de mayor estudio para poder crear protocolos de manejo que sean compatibles con aquellos protocolos de inoculación en plantas, con la finalidad de incrementar la eficiencia de la degradación de hidrocarburos del petróleo en el suelo. FERRERA CERRATO, Ronald - et al. (2006) en «PROCESOS DE BIORREMEDIACIÓN DE SUELO Y AGUA CONTAMINADOS POR HIDROCARBUROS DEL PETRÓLEO Y OTROS COMPUESTOS ORGÁNICOS» http://www.medigraphic.com/pdfs/lamicro/mi-2006/mi062s.pdf 

BIBLIOGRAFÍA •

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MENTABERRY, Alejandro. FITORREMEDIACIÓN. [Fecha de consulta: 06 de mayo de 2017] Disponible en: http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/IQM_fitorremediacion_argentina_25 620.pdf  Roberto Aurelio Núñez López, Yunny Meas Vong, Raúl Ortega Borges y Eugenia J. Olguín. 2004. Fitorremediación: fundamentos y aplicaciones. [Fecha de consulta: 06 de mayo de 2017] Disponible en: http://www.revistaciencia.amc.edu.mx/images/revista/55_3/Fitorremediacion.pdf  BAYÓN SANZ, Sara. Aplicación de la fitorremediación a suelos contaminados por metales pesados. 2015. [Fecha de consulta: 06 de mayo de 2017] Disponible en: http://147.96.70.122/Web/TFG/TFG/Memoria/BAY%C3%93N%20SANZ,%20SARA. p df    http://www.osinerg.gob.pe/newweb/pages/GFH/ForoUMAL/tema5.pdf  Consejo argentino para la información y el desarrollo de la biotecnología. Disponible en :   http://www.argenbio.org/index.php?action=novedades¬e=202

BIBLIOGRAFÍA •

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FERRERA CERRATO, Ronald - et al. (2006) en «PROCESOS  DE  BIORREMEDIACIÓN DE SUELO Y AGUA CONTAMINADOS POR HIDROCARBUROS DEL PETRÓLEO Y OTROS COMPUESTOS ORGÁNICOS»   http://www.medigraphic.com/pdfs/lamicro/mi-2006/mi062s.pdf