MONOGRAFÍA BIORREMEDIACIÓN

CAPÍTULO I BIORREMEDIACIÓN 1.1

Orígenes: El término biorremediación fue acuñado a principios de la década de los 80, los científicos observaron que era posible aplicar estrategias de remediación que fuesen biológicas, basadas en la capacidad de los microorganismos de rea realiz lizar

proc rocesos esos

degr degrad ada ativ tivos.

Las Las

prim primer eras as

obs observa ervaci cio ones nes

de

biorremediación fueron con el petróleo, después de algunos organoclorados y organofosforados; “se advirtió que los microorganismos no sólo eran patóge patógenos nos,, sino sino que además además

eran eran capace capacess de absorbe absorberr compue compuesto stoss

orgá orgáni nico cos, s, algu alguno noss natu natura rale les, s, otro otross sint sintét étic icos os,, y degr degrad adar arlo los, s, lo que que constituye el objetivo de la biorremediación”. A mediados del siglo XX se desarrollaron las primeras investigaciones enca encami mina nada dass a estu estudi diar ar el pote potenc ncia iall de los los micr microo oorg rgan anis ismo moss para para biod biodeg egra rada darr cont contam amin inan ante tess (Zob (Zobel ell,l, 1946 1946;; Davi Davis, s, 1956 1956). ). Este Este “uso “uso”” intencionado

recibió

entonces

el

nombre

de

biorremediación

("bioremediation"). Las primeras técnicas que se aplicaron fueron similares al "landfarming" (‘labranza’) actual y sus actores, lógicamente, compañías petrolíferas. Las primeras patentes, fundamentalmente para remediación de vertidos de gasolina aparecen en los años 70. En los años 80 se generalizó el uso del del aire ire y peróxi róxid dos para ara sumi sumini nist stra rarr oxíg oxígen eno o a las las zonas nas contaminadas mejorando la eficiencia de los procesos degradativos.

Durante los años 90 el desarrollo de las técnicas de "airsparging" (burbujeo de oxígeno) hizo posible la biorremediación en zonas por debajo del nivel freá reático ico. Al mism ismo tiempo, la imp implementación en la práctica de aproximaciones experimentales en el laboratorio permitió el tratamiento de hidroc hidrocarb arburo uross clorad clorados, os, los primer primeros os intent intentos os con metale metaless pesad pesados, os, el trabajo en ambientes anaerobios, etc. Uno de los muchos reporteros enviados a Alaska meditaba sobre el daño prov provoc ocad ado o por por el verti vertido do del del Exxo Exxon n Vald Valdez ez.. Pens Pensab aba a que que el petró petróle leo, o, sustancia natural, no provocaría un daño ambiental irreparable y tal como se ha ido observando durante décadas, el crudo después de un largo tiempo es diluido y asimilado por el medio ambiente. De esta intrínseca capaci capacidad dad de la natura naturalez leza a para para supera superarr alguno algunoss desequ desequili ilibri brios os en el ecosistema, surge la biorremediación, como una tecnología que usa un elemento biológico, en la mayoría de los casos microorganismos, para eliminar contaminantes de un lugar, sea este suelo, sedimento, fango o mar. Esta Esta tecn tecnol olog ogía ía se ha tran transf sfor orma mado do en la cola colabo bora rado dora ra dire direct cta a de la natu natura rale leza za,, que que no siem siempr pre e es capa capazz de supe supera rarr por por sí sola sola gran grande dess desequilibrios. La biorremediación le da una ayuda al medio ambiente en la mejora de los ecosistemas dañados, acelerando dichos procesos naturales. Lo que hacen los microorganismos es degradar los desechos en productos menos menos tóxico tóxicos, s, además además de concen concentra trarr e inmovi inmoviliz lizar ar sustan sustancia ciass tóxica tóxicas, s, metale metaless pesad pesados; os; minimi minimizar zar desech desechos os indust industria riales les y rehabi rehabilit litar ar áreas áreas afectadas con diversos contaminantes. La biorremediación surge como una rama de la biotecnología que busca res resolve olverr los los prob proble lema mass de cont contam amiinac nación ión media ediant nte e el dise iseño de micr microo oorg rgan anis ismo moss capa capace cess de degr degrad adar ar comp compue uest stos os que que prov provoc ocan an desequ desequilib ilibrio rioss en el medio medio ambien ambiente. te. Es simila similarr a la biotec biotecnol nologí ogía, a, en genera generall sus técnic técnicas as son especí específic ficas as para para casos casos partic particula ulares res,, porque porque dependen directamente de las condiciones del ecosistema a recuperar.

A veces, biorremediar un ambiente contaminado puede requerir la elaboración de un microorganismo genéticamente modificado que sea eficiente sólo para ese caso. Un evento más sencillo de biorremediación puede ser el del petróleo. Los derrames de crudo provocan un desequilibrio al aumentar la cantidad de carbono, lo que descompensa los niveles de nitrógeno y fosfato, en esas condiciones metabólicamente no se puede consumir el carbono. La biorremediación de petróleo consiste en verter los mismos nutrientes que están descompensados, fosfato, nitrógeno y dejar  que los microorganismos que ya están presentes “hagan su tr abajo”.

1.2Biotecnología y biorremediación: Muchos tratamientos biotecnológicos de contaminantes son considerados biorremediación, sin embargo algunos autores diferencian entre ambos procesos. La biotecnología es tecnología que usa elementos biológicos, sea un organismo o una enzima. “En estricto rigor un sistema de tratamiento de efluentes o un sistema de compostageno son biorremediación, son tratamientos biológicos o mixtos para evitar la contaminación, en cambio la biorremediación se utiliza para revertir un daño”. Tanto el tratamiento de residuos como la biorremediación usan microorganismos, pero lo distintivo de la biorremediación es la aplicación de una tecnología a posteriori, una vez que se ha producido el daño ecológico. Las primeras observaciones de biorremediación fueron con el petróleo después de algunos organoclorados y organofosforados; “se advirtió que los microorganismos no sólo eran patógenos, sino que además eran capaces de absorber compuestos orgánicos, algunos naturales, otros sintéticos, y degradarlos, lo que constituye el objetivo de la biorremediación”.

1.3 Principio de biorremediación: La biorremediación se basa en la idea de que los organismos son capaces de tomar cosas del ambiente y usarlas para su crecimiento. En esta característica se fundamenta el principio de la biorremediación;

usar

organismos

para

que

tomen

sustancias

contaminadas del medio ambiente y las conviertan en una forma no tóxica.

Algunas bacterias, protistas, y hongos son muy buenos en la degradación de moléculas complejas. 1.3.1

Biorremediación en acción: Todos los contaminantes poseen

características que los hacen capaces de perturbar el medio ambiente y provocar daño a la salud humana y del planeta. Crear estrategias de biorremediación para eliminarlos todos es un camino que se está iniciando para esta rama de la biotecnología. Existen grupos de compuestos especialmente peligrosos para el hombre en los que la biorremediación ha logrado importantes avances. Uno de estos grupos son los organoclorados, compuestos orgánicos no naturales que tienen cloro en su molécula y son capaces de intervenir en los procesos celulares normales, entre otros la reproducción. Son relativamente estables y omnipresentes en el ambiente. Surgen como subproductos de procesos industriales y eventos naturales

como

incendios

forestales,

erupciones

volcánicas,

incineradores de desperdicios sólidos, chimeneas, motores, control de plagas, etc. También pueden detectarse en la mayoría de los alimentos, como pollos, carnes rojas, pescados, productos lácteos, aceites vegetales y verduras.

1.3.2Biorremediación in situ: Consiste en tratar las aguas, suelos o arenas contaminadas sin sacarlas del lugar en el que se encuentran. Para

ello,

tanto

en

métodos

de

bioestimulación

como

en

bioaumentación, se puede disponer una red de bombeo de nutrientes o un sistema de inoculación o bien una simple aireación del terreno con bombeo (“bioventing” y “air sparging”) o con arado (“landfarming” in situ).

1.3.3 Biorremediación ex situ: Los procesos de tratamiento se llevan a cabo tras la excavación del medio contaminado, bien en simples

biorreactores (técnicas de “bioslurry” para suelos), en plantas de tratamiento (técnicas “pump & treat”), en biopilas, o sobre láminas impermeables (“landfarming” ex situ), etc. Las ventajas de estos procedimientos frente a los primeros radican en la posibilidad de optimizar mejor los parámetros microbiológicos, así como el control del proceso; a cambio, lógicamente, de un mayor coste. 1.3.4

Biorremediación de aceites usados bajo condiciones de laboratorio: En la actualidad la biorremediación es una de las técnicas que más se están usando para tratar de solucionar los graves problemas de deterioro ambiental que presentan un gran número de compuestos en el agua. El problema empieza en las grandes descargas que se depositan en los numerosos drenajes que componen una ciudad, pues su destino final siempre son los diferentes Ríos, Lagunas o Maresque se encuentren

cerca

del

centro

poblacional.

Uno

de

estos

contaminantes tóxicos que se vierten al drenaje son los aceites usados (los que usan los coches), desconociéndose realmente los enormes volúmenes que se tiran.

CAPÍTULO II TIPOS DE BIORREMEDIACIÓN

En los procesos de bioremediación, 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 bioremediación pueden ser de tres tipos: •

Degradación enzimática: Este tipo de degradación consiste en el

empleo de enzimas en el sitio contaminado con el fin de degradar las sustancias nocivas. Las enzimas son verdaderos aceleradores de las reacciones de degradación, de naturaleza proteica, y se obtienen en cantidades industriales a partir de microorganismos (bacterias y hongos) que las producen naturalmente, o por microorganismos modificados genéticamente

que

son

comercializados

por

las

empresas

biotecnológicas. 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 rompen polímeros complejos para luego terminar de degradarlos con el uso de microorganismos. Un ejemplo lo constituyen las enzimas lipasas (que degradan lípidos), que se usan junto a cultivos bacterianos para

eliminar los depósitos de grasa de las paredes de las tuberías que transportan los efluentes. Se han identificado bacterias (ej.  Anthrobacteria) que podrían usarse

−

para remover residuos de pesticidas del suelo. También se emplean bacterias como detectores de polución y para el

−

monitoreo de residuos tóxicos. Estos biosensores bacterianos permiten medir los niveles de toxicidad en muestras de agua y tierra. Existe la posibilidad de usar plantas modificadas genéticamente (GM)

−

 junto con bacterias para remediar residuos persistentes, tales como los residuos de explosivos. Un elevado número de bacterias existen naturalmente en los suelos y

−

sitios destinados a los residuos. Algunas de ellas degradan lentamente los diferentes tipos de contaminantes. •

Micorremediación: Se llama Micorremediación a una forma de

remediación en que se usan hongos para descontaminar suelos. Este término fue usado por primera vez por  Paul Stamets y se refiere al uso de micelios fungales para la biorremediación. Uno de los principales papeles de los hongos en los ecosistemas es el de descomposición, que es efectuado por los micelios. Éstos segregan enzimas extracelulares y ácidos que sirven para degradar la lignina y la celulosa, los dos componentes principales de la pared celular de las células de plantas. Estos compuestos están formados de largas cadenas de carbono e hidrógeno con uniones químicas muy fuerte que le dan la robustez a las fibras vegetales y a la madera. Estas estructuras químicas son muy similares a las de muchos contaminantes actuales. Lo fundamental en la microrremediación es identificar la cepa de hongos más apropiada para tratar cada tipo específico de contaminante. Algunas cepas dan buenos resultados para degradar  gases neurotóxicos como el agente VX y el gas sarín.

La gran diversidad de microorganismos existentes ofrece muchos recursos para limpiar el medio ambiente y, en la actualidad, esta área está siendo objeto de intensa investigación. Existen, por ejemplo, bacterias y hongos que pueden degradar con relativa facilidad petróleo y sus derivados, benceno, tolueno, acetona, pesticidas, herbicidas, éteres, alcoholes simples, entre otros. Los metales pesados como uranio, cadmio y mercurio no son biodegradables, pero las bacterias pueden concentrarlos de tal manera de aislarlos, para que sean eliminados más fácilmente. Ciertos hongos son muy efectivos en la remoción de un amplio rango de contaminantes, por ejemplo:

•

−

Sustancias empleadas en la preservación de la madera.

−

Hidrocarburos aromáticos policíclicos.

−

Organoclorados.

−

Bifenilos policlorados.

−

Tinturas.

−

Pesticidas.

−

Fungicidas.

−

Herbicidas.

−

Lignina.

Remediación con plantas (fitorremediación): La fitorremediación es

el uso de plantas para limpiar ambientes contaminados. Aunque se encuentra en desarrollo, constituye una estrategia muy interesante, debido a la capacidad que tienen algunas especies vegetales de absorber, acumular y/o tolerar altas concentraciones de contaminantes como metales pesados, compuestos orgánicos y radioactivos. Ciertas plantas son crecidas en suelos contaminados. Sus raíces pueden extraer el contaminante, por ejemplo un metal pesado, ya sea degradándolo o bien

adsorbiéndolo. Si ocurre lo último, la planta acumula el tóxico en sus yemas y hojas, por lo cual la planta es luego removida e incinerada. Se conocen alrededor de 400 especies de plantas con capacidad para hiperacumular selectivamente alguna sustancia. En la mayoría de los casos, no se trata de especies raras, sino de cultivos conocidos. Así, el girasol (Heliantus anuus) es capaz de absorber en grandes cantidades el uranio depositado en el suelo. Los álamos (género Populus) absorben selectivamente níquel, cadmio y zinc. También la pequeña planta   Arabidopsis thaliana de gran utilidad para los biólogos es capaz de

hiperacumular cobre y zinc. Otras plantas comunes que se han ensayado con éxito, como posibles especies fitorremediadoras en el futuro inmediato son la alfalfa, la mostaza, el tomate, la calabaza, el esparto, el sauce y el bambú. Incluso existen especies vegetales capaces de eliminar la alta salinidad del suelo, gracias a su capacidad para acumular el cloruro de sodio. En general, hay plantas que convierten los productos que extraen del suelo a componentes inocuos, o volátiles. Pero cuando se plantea realizar  un esquema de fitorremediación de un cuerpo de agua, o un área de tierra contaminada, se siembra la planta con capacidad (natural o adquirida por  ingeniería genética) de extraer el contaminante particular, y luego de un período de tiempo determinado, se cosecha la biomasa y se incinera o se le da otro curso dependiendo del contaminante. De esta forma, los contaminantes acumulados en las plantas, no se transmiten a través de las redes alimentarias a otros organismos. Es importante aclarar que la utilización de plantas en los procesos de fitorremediación, deben ser planificados y controlados. De esta forma, los productos contaminantes que ellas acumulan, se transforman en sustancias no nocivas que vuelven al ambiente, o se acumulan en las plantas que se desechan, de forma tal que no pasan a la cadena

alimentaria y, en consecuencia, no perjudican a otros organismos que puedan alimentarse de estos vegetales. En el caso de la remediación microbiana, los microorganismos no actúan “intencionalmente” en beneficio del hombre, sino que incorporan las sustancias del entorno como el resto de los seres vivos, lo que les permite nutrirse y sobrevivir. La utilidad de los microorganismos, es producto del aprovechamiento que el hombre hace de ellos en beneficio propio. Incluso cuando las bacterias se transforman mediante técnicas de ingeniería genética para que actúen como descontaminantes o para emplear las enzimas que producen con ese fin, las bacterias no hacen más que cumplir con sus funciones vitales. Lo mismo ocurre con las plantas que pueden incorporar productos contaminantes y convertirlos en productos inocuos.

2.1Inspección y aplicaciones: Los procesos naturales de biorremediación y fitorremediación (remediación por plantas) se han usado desde hace siglos; tal es el caso de la desalinización de terrenos agrícolas por la acción de plantas capaces de extraer las sales. La biorremediación usando microorganismos fue inventada por el científico norteamericano George M. Robinson. Éste trabajó como ingeniero petrolero asistente de la compañía Santa María de California en la década de 1960 y se dedicó a experimentar  con una serie de microbios en frascos contaminados de petróleo. Se puede clasificar a la biorremediación como in situ  o ex situ . La primera consiste en tratar el material contaminado en el lugar en que se encuentra sin trasladarlo a otra parte. Algunos ejemplos de estas tecnologías consisten en operaciones de compostaje, la ventilación biológica, la utilización de biorreactores, la filtración por raíces o la estimulación biológica. En los procesos ex situ el material contaminado es trasladado a otro lugar para realizar o completar su descontaminación. No todos los contaminantes son fáciles de biorremediar por medio de microorganismos. Por ejemplo, los metales pesados como el cadmio y el

plomo y el mercurio no son absorbidos o capturados por estos organismos. La incorporación de algunos de estos metales dentro de la cadena alimentaria (bioacumulación) agrava el problema. Se puede usar la remediación por medio de plantas o fitorremediación. Es muy útil en estos casos porque es posible usar plantas transgénicas que concentren estas toxinas en sus partes aéreas (sobre la tierra), las cuales pueden ser  cosechadas y eliminadas. Los metales pesados obtenidos de esta cosecha pueden ser concentrados aun más por incineración para ser desechados o bien reciclados para usos industriales. La eliminación de una gran variedad de contaminantes del medio ambiente requiere un conocimiento creciente de la relativa importancia de sus ciclos químicos y redes de regulación del ciclo del carbono en diversos ambientes y para cada compuesto en particular. Con seguridad que esta tecnología se desarrollará aun más en el futuro.

2.2Ventajas de la biorremediación: La biorremediación tiene una serie de ventajas sobre otros métodos: •

En el caso que la contaminación esté en lugares inaccesibles se puede realizar sin necesidad de cavar.

•

Por ejemplo en el caso de derrames de petróleo que hayan penetrado en el suelo y amenacen contaminar a la capa de agua. Esto resulta mucho menos costoso que el proceso de excavación e incineración que sería la otra alternativa.

•

Generalmente solo origina cambios físicos menores sobre el medio.

•

Cuando se usa correctamente no produce efectos adversos significativos.

•

Puede ser útil para retirar algunos de los compuestos tóxicos del petróleo.

•

Ofrece una solución más simple y completa que las tecnologías mecánicas.

•

Menos costosa que otras tecnologías.

2.3Tecnologías de biorremediación en acuicultura: Los efluentes y contaminantes de la acuicultura, es el más pequeño segmento de mercado de la biorremediación (Watanabe, 2001). La biorremediación en acuicultura puede ser conducida usando microbios o plantas en condiciones ambientales ex situ  o in situ . La biorremediación de contaminantes orgánicos podría ser la alternativa más adecuada para eliminar  completamente el contaminante, degradando moléculas tóxicas en moléculas no tóxicas. La biorremediación podría ser más barata que las técnicas de remediación estándar, a pesar que cada sitio es diferente y en algunas instancias una combinación de métodos estándar y la bioremediación es necesaria. La biorremediación microbiana comercial usa organismos que ocurren naturalmente, es decir aquellos identificados en los sitios contaminados. Los organismos que viven en áreas contaminadas desarrollan la capacidad de metabolizar el contaminante, a través de un proceso llamado adaptación. Por ejemplo, la bacteria Deinococcus radiodurans, la cual fue identificada en 1950s en alimentos tratados con irradiación, es resistente a la radiación ionizante. Los microorganismos que pueden hiperacumular metales y no metales, los cuales les dan a ellos una ventaja selectiva dentro de un ambiente contaminado, permitiéndoles a ellos, sobrevivir y tener resistencia adicional. La adaptación podría ser el resultado de cambios enzimáticos, mutaciones genéticas, o el enriquecimiento selectivo de los organismos capaces de metabolizar al contaminante. Las cepas que se adaptan bien a los ambientes contaminados podrían ser aquellas que contengan plásmidos

que

codifican

enzimas

capaces

de

metabolizar

los

contaminantes.

a) Bioestimulación: Es la estimulación de la actividad microbiana autóctona por la introducción de nutrientes, oxígeno u otros donadores o aceptores de electrones. Tiene un bajo costo, aunque es efectivo

para un limitado número de sitios; resultados inciertos. Se utilizan microorganismos

endógenos

para

degradar

contaminantes

(subsuelo/aguas subterráneas contaminadas).Se estimula la actividad biológica de la bacteria por medio de la inyección de aire a través de los pozos. Estos se instalan en varios puntos del área contaminada, y a través de ellos se inyectan también nutrientes.

b) Bioaumentación: Incluye la adición de microorganismos con capacidad de degradar contaminantes. Estos microorganismos pueden ser  autóctonos o exógenos. La bioaumentación involucra el sembrado de bacterias purificadoras de agua en los sistemas de acuicultura. Productos comerciales de bioaumentación están disponibles, aunque su eficacia es cuestionable. Las razones que el fracaso de los inóculos a su función en acuicultura: substrato inadecuado, concentración celular inicial, competición interespecífica con los microorganismos autóctonos con la consiguiente inhibición del crecimiento y un insuficiente periodo de aclimatización que afecta a la biorremediación (Kemmling et al., 2004).

2.4 Sistemas de biorremediación con macroalgas: Zhou et al. (2006) evaluaron el crecimiento y la capacidad de remoción de nutrientes de los efluentes de piscigranjas, para determinar la capacidad de remoción del alga Gracilaria lemaneiformis; con la finalidad de integrarlo al cultivo de peces en jaulas, ubicadas en el norte de China. Los resultados de sus investigaciones demostraron que G. lemaneiformis es un buen candidato para la maricultura integrada alga/peces para la biorremediación y la diversificación económica. De acuerdo a Yarish et al., (2004) existe un interés renovado en usar las algas como un sistema de remoción de nutrientes en la acuicultura integrada de peces, mariscos y crustáceos. Jones (1999) afirma que las macroalgas pueden absorber cantidades significativas de nutrientes

inorgánicos y orgánicos disueltos, usualmente con preferencia de NH 4+. Además las macroalgas son conocidas por absorber y almacenar metales pesados. Yarish et al. (2004) han evaluado el potencial de biorremediación de varias especies de Porphyra en sistemas en mar abierto ( Porphyra/salmón) y en tierra (Porphyra / peces planos). Además el rol de biorremediación de otras algas (por ejemplo Kappaphycus), que actúan como sistemas biológicos removedores de nutrientes y generan beneficios mutuos para los organismos co-cultivados. Chopin et al . (1999), indican que Porphyra requiere de una disponibilidad constante de nutrientes, especialmente en época en que los nutrientes disminuyen; Y que el cultivo de esta alga cerca de las jaulas de salmón permitiría aprovechar los desechos de los salmones. Además estos autores concluyen que Porphyra, es un excelente candidato para la acuicultura integrada, para la biorremediación y diversificación económica. La cosecha periódica reporta la remoción constante de cantidades significativas de nutrientes de las aguas costeras. Por otro lado, Chung et al. (2002) desarrollaron un biofiltro de algas Porphyra, con la finalidad de reducir los impactos ambientales de los

efluentes dentro de un sistema integrado de acuicultura. Neori et al. (2003) evaluaron el uso de Ulva lactuca, como un biofiltrador para actividades de maricultura integrada. 2.5 a)

Otros organismos usados como agentes de biorremediación: Moluscos bivalvos: El uso de bivalvos filtradores, para consumir el fitoplancton, zooplancton, bacterias y microalgas, y para asimilar los nutrientes

disueltos,

puede

ser

una

alternativa

eficiente

y

económicamente viable para mejorar la calidad de agua de los efluentes de la acuicultura.

Las ostras pueden ser usadas para filtrar las partículas orgánicas y convertirlas en carne o heces (Jones, 1999); además las ostras pueden combinar las pequeñas particular inorgánicas de arcilla con mucus para formar las pseudoheces (Tenore y Dunstan, 1973 in Jones, 1999). Jones (1999) indica que el uso de las ostras como biofiltros puede mejorar la calidad del agua de los estanques. Después de la filtración por las ostras, la mayoría de los nutrientes son depositados como heces y pseudoheces, mientras que el resto es incorporado en los tejidos de las ostras. Gifford et al. (2004) evaluó el potencial de la ostra perlífera como parte de una nueva tecnología de bioremediación para sitios impactados, con la finalidad de remover los contaminantes tóxicos, reducir la carga de nutrientes y disminuir las concentraciones de patógenos microbianos. Basado en estimaciones de la literatura, este autor sugiere que una modesta granja de cultivo de ostras perlíferas de 100 t de ostras por año, puede remover 300 kg de metales pesados, 24 kg de contaminantes orgánicos vía deposito en sus tejidos y conchas, Además estimo que hasta 19 kg de nitrógeno puede ser removido del ecosistema costero por  tonelada de ostra perlífera cosechada. b)

Esponjas : Milanese et al. (2003), indican que las esponjas son animales filtradores, capaces de retener hasta el 80% de las partículas en suspensión de la columna de agua. Estos investigadores demostraron que Chondrilla nucula, es capaz de retener altas cantidades de bacterias suspendidas y al mismo tiempo producir varios químicos bioactivos. Por lo tanto, se recomienda el cultivo de esponjas como un biorremediador en aguas marinas. Asimismo, Fu et al. (2006) investigaron el potencial de las esponjas como biorremediadores, a fin de remover las bacterias patógenas en ecosistemas de acuicultura integrada. Es así que la esponja Hymeniacidon

pervele

puede remover a los patógenos como

Escherichia coli  y Vibrio anguillarum de los efluentes de la acuicultura.

Los resultados de la investigación demostraron que las esponjas filtran, retienen y digieren estas bacterias por fagocitosis. c)

Poliquetos: Giangrande et al. (2005) trabajaron con el poliqueto filtrador  Sabella spallanzanii  como un biofiltro en el tratamiento de desechos de

la acuicultura intensiva y recomendando estudios adicionales para su utilización futura en la bioremediación de piscigranjas con agua reciclada.

2.6 Sistemas de biorremediación mediante policultivos: El uso de efluentes de los cultivos de moluscos bivalvos, peces y langostinos para alimentar ostras, mejillones y macroalgas ha sido positivamente evaluado con la finalidad de resolver o mitigar el impacto ambiental de acuicultura (Lin et al., 1993; Sandifer y Hopkins, 1996). El cultivo integrado de la almeja verde Perna viridis en los desechos de los estanques usados para el cultivo intensivo del camarón Litopenaeus vannamei  (Kwei et al., 1993). Los experimentos se condujeron a escala

piloto durante 100 días.

CAPÍTULO III PRINCIPALES FACTORES A TENER EN CUENTA PARA LA BIORREMEDIACIÓN

3.1

Composición química del residuo (varía según sea su origen, grado de procesamiento y tiempo de exposición a la intemperie). Los HC se clasifican en: saturados, aromáticos, resinas y asfaltenos, siendo los dos últimos componente característicos de los combustibles pesados. Fracción de sustrato que efectivamente puede ser oxidado por los microorganismos. Como la biodegradación ocurre en fase acuosa, se ve afectada por los coeficientes de partición entre la fase oleosa y acuosa, acuosa y orgánica del suelo y por la adsorción a la matriz del suelo. Los compuestos inorgánicos presentan, en comparación con los orgánicos, un rango de variación mucho menor, pudiendo cambiar su estado de oxidación y su habilidad para combinarse con las moléculas orgánicas, por  lo que los estudios analíticos del contenido de metales no son adecuados para inferir la movilidad del contaminante orgánico en el ambiente ni su potencial riesgo para la salud. Cuando los contaminantes orgánicos e inorgánicos se encuentran mezclados pueden interferir en el resultado de sus perfiles analíticos.

3.2. Textura y estructura del suelo. Dependiendo de la estratificación vertical del suelo, contenido de materia orgánica, la aireación (porosidad), el contenido de agua, régimen hidrológico (infiltración y capacidad de retención de agua, tipos de minerales presentes, la temperatura, la aptitud para el laboreo, etc. son los suelos más recomendables para métodos de biotransformación/ biorremediación (suelos francos y arcillosos).

3.3 Complejidad del sitio contaminado. Existe gran variabilidad en la composición relativa de la matriz del suelo a lo largo de un perfil, lo cual se traduce en la variación de su capacidad de conducción de los fluidos. Por lo tanto, la migración de los contaminantes no es uniforme a través de un medio tan heterogéneo (migración discontinua, dada por la afinidad de compuestos a diferentes fases del suelo y por la topografía).

3.4Toxicidad del residuo: ¿beneficio o perjuicio? La presencia del residuo hidrocarbonado en el suelo estimula el desarrollo de la flora microbiana degradadora; sin embargo una carga excesiva puede tener efectos tóxicos, provocando inhibición metabólica con la consiguiente disminución o supresión de la actividad de degradación y/o muerte de la comunidad. Es importante establecer la concentración óptima del residuo en el suelo para realizar con éxito el tratamiento de biorremediación. Concentraciones superiores al 10% pueden ser inhibitorias para el proceso de biodegradación. La toxicidad podría estar dada por la presencia de alcoholes y solventes clorados.

3.5.Biodisponibilidad de los contaminantes a biodegradar. Los suelos durante mucho tiempo han sido expuestos a la contaminación con PAH, estos quedan retenidos en la estructura del mismo, dificultando la degradación microbiana por falta de accesibilidad al sustrato. Para desadsorber estos compuestos, se utilizan surfactantes, que son

compuestos tensioactivos biodegradables que estimulan la biodegradación de petróleo poniendo en evidencia el metabolismo sinergístico.

3.6.Biodegradabilidad del contaminante. Se considera que los hidrocarburos son compuestos biodegradables. La fracción más liviana (mineralizada) y volátil es más rápidamente degradada que la fracción más pesada. Algunos contaminantes no constituyen la fuente de carbono y energía para el desarrollo microbiano y sin embargo son de alguna manera incorporados a las células y biotransformados, proceso denominado cometabolismo 4 (cooxidación o cotransformación).

3.7. Uso de aceptores de electrones alternativos (O2, NO3-, SO4-2, CO2). El oxígeno es el habitual aceptor final de electrones en el metabolismo microbiano de los contaminantes, debido a que en la mayoría de los casos la degradación de los hidrocarburos se lleva a cabo en aerobiosis por  acción de las enzimas oxigenasas. Sin embargo muchos microorganismos son capaces de emplear otros aceptores de electrones tales como los iones nitrato, sulfato o el dióxido de carbono. Las ventajas que presenta el empleo de los mismos es su mayor solubilidad en agua, su menor toxicidad para los microorganismos y además son económicos. Algunos compuestos se degradan solamente en presencia de O 2, pero otros necesitan condiciones reductoras o bien son degradados tanto en condiciones aeróbicas como anaeróbicas.

3.8. Condiciones climáticas (Temperatura óptima de biodegradación: 30 y 40°C; se ha demostrado que temperaturas menores aumentan la viscosidad del residuo mientras que temperaturas mayores pueden afectar  a las células bacterianas ya sea por disfunción enzimática o por alteración de la membrana plasmática).

3.9. Salinidad. Algunos residuos provenientes de la actividad hidrocrburífera tienen alto contenido en sales, generalmente cloruros de Na, K, Ca, Sr y Ba

(ej. agua de purga), quienes pueden alterar la estructura proteica de las membranas microbianas, afectando su estabilidad y actividad enzimática.

3.10.Ph del suelo (valores óptimos para la mineralización del hidrocarburo entre 6,5 y 8). A pH extremadamente ácidos, los metales pesados pueden lixiviar.

3.11. Presencia de metales ecotóxicos ( metales como el Pb, As, Cs, Ba, Hg, Zn, Cu, Ni, V y Se son frecuentes en los residuos de petróleo). A diferencia de los

compuestos orgánicos,

los metales no son

biodegradables, aunque pueden cambiar su estado de oxidación. La toxicidad ocurre por inhibición enzimática., competencia y sustitución con otros metales o por formación de quelatos.

3.12. Agua subterránea. El agua subsuperficial5 migra por formaciones rocosas permeables y suelos totalmente saturados. Es necesario conocer  la distancia al acuífero al realizar una biorremediación in situ o por  landfarming (evitar la posible migración de lixiviados).

CAPÍTULO IV BIORREMEDIACIÓN DE SUELOS

4.1 Proyecto de Biorremediación para eliminar DIESEL, POR CIAPR(2000): Empresa dedicada a la eliminación de contaminantes en suelos y acuíferos, a través de la biorremediación. El objetivo principal fue la eliminación de contaminantes utilizando técnicas innovadoras que resultaran ambientalmente seguras. La Obra Sobresaliente del año 2000 del Colegio de Ingenieros y Agrimensores de PR (CIAPR). En el proyecto se efectuó una biorremediación del subsuelo y del acuífero afectados con combustible diesel.Se realizaron la evaluación del lugar contaminado y las actividades de remediación en la Planta Generadora de la A.E.E. Estudios posteriores indicaron que el producto tóxico se filtró bajo los muros de contención del dique y se expandió al subsuelo, incluyendo el agua subterránea. Las acciones remediativas que se llevaron a cabo fueron las siguientes: ·

Recuperación de producto libre o “diesel” del agua subterránea

·

Biorremediación “In-Situ” en suelos contaminados

·

Biorremediación “In-Situ” del agua subterránea contaminada

4.1.1 Fases del proyecto CIÀPR 2000: a través de este proceso se separa el agua del contaminante que se encuentra flotando en la

superficie del agua subterránea. Este sistema no requiere el uso de maquinaria especial o electricidad y recupera hasta 50 galones de agua diarios. Este sistema de recuperación fue instalado en todos los pozos donde había presencia de diesel flotando en el agua subterránea. Una vez el producto es almacenado en el tanque, la A.E.E., coordina su retirada y almacenamiento.

4.2. La biorremediación contrarresta los daños de derrames petroleros: Los procesos naturales de biorremedación consisten en el uso de microorganismos que consumen los contaminantes En el año 2000 se registraron 23 derrames de petróleo en el mundo, aunque estos eventos se presenten en diversos lugares del planeta afectan a todos los países porque las corrientes marinas y vientos expanden esos contaminantes. Para contrarrestar los daños que generan los derrames petroleros, en México desde hace varias décadas ya se cuenta con procesos naturales de biorremediación, métodos en los que se utilizan microorganismos como los hongos, plantas o sus enzimas que restauran a su condición original un ambiente contaminado.

De hecho este método ya se aplicó en los suelos de la refinería 18 de marzo en Azcapotzalco, en el Distrito Federal con buenos resultados. Al respecto, la doctora Georgina Sandoval, investigadora del Centro de Investigación y Asistencia en Tecnología y Diseño del Estado de Jalisco (CIATEJ), dijo que la función de esos microorganismos es comerse los contaminantes

y

transformarlos

en

sustancias

inocuas.

La ventaja de este proceso natural es que los microorganismos seleccionados pueden realizar su tarea en el mismo sitio contaminado o bien, se pueden trasladar los contaminantes a otro lado y realizar la biorremediación. Otra ventaja de este método es que tanto los insumos y la tecnología necesarios para su aplicación son de bajo costo en comparación con otras

opciones que recogen el petróleo como es el caso de las aspersoras, además en México hay diversas instituciones de educación superior y centros

de

investigación

que

saben

aplicar

dicho

proceso.

Además este método natural también puede acelerarse para que la limpieza del lugar se lleve a cabo en meses y no en años. De acuerdo con la especialista este sistema fue implementado en diferentes países, en los derrames de petróleo en la zona estadounidense de Madera, California en 1994, y en Petramaz, Ecuador; y en el suelo contaminado

ex

Refinería

18

de

marzo

en

México.

Por ejemplo, en dicha ex Refinería se usaron dos técnicas: la fisicoquímica y

la

biológica,

en

la

que

se

incluyó

la

biorremediación.

Como la Refinería provocó diversas afectaciones en el suelo y en el agua somera (subterránea) se implementó un proceso de recuperación de sus suelos. En este caso, el suelo contaminado fue trasladado a un lugar donde se le daban el tratamiento y después lo regresaban a su sitio de origen, en 11

meses

de

trabajo

dicho

proceso

tuvo

buenos

resultados.

Cabe señalar que diversas instituciones de investigación en el país como la UANL, el IPN, la UNAM, el CIATEJ, y CIQA, entre otras, cuentan con especialistas en sistemas de biorremediación y pueden participar e implementar

dichos

métodos

naturales.

De acuerdo con la especialista, México sí esta técnicamente preparado para contrarrestar las consecuencias ambientales del derrame petrolero en el Golfo de México que ocurrió hace un mes en Estados Unidos,

4.3 Remediación de suelos contaminados en la zona petrolera pampeana En nuestra provincia, desde el año 2006 a la actualidad se han tratado alrededor de 30.000 metros cúbicos de suelos contaminados a través de la metodología de bioremediación. En la actividad petrolera desarrollada en la provincia, como en toda actividad industrial que se lleva adelante en un territorio extenso, se producen incidentes que afectan la superficie del suelo, y a veces también a la vegetación próxima. Generalmente consisten en derrames de petróleo, de agua salada, o más corrientemente de una mezcla de ambos. Cuando un derrame de petróleo se produce en territorio pampeano, por  más pequeño que sea, la empresa responsable, es decir, quien tiene a cargo la explotación del área, debe comunicarlo a la Autoridad de Aplicación de la Ley Ambiental Provincial que es la Subsecretaría de Ecología. Conocida la situación, la empresa toma inmediatamente las medidas conducentes al aislamiento del lugar, para evitar los efectos adversos relacionados con la dispersión de las sustancias contaminantes, como por  ejemplo la afectación a las napas de agua subyacentes. Posteriormente, el suelo contaminado es transportado a un lugar confinado donde se deposita en condiciones de seguridad, hasta que se procede a su descontaminación. Al mismo tiempo, si ha resultado afectada la flora circundante, se realizan lavados de la misma con soluciones de algún tensioactivo apropiado, que facilite su eliminación de la superficie de los vegetales. Desde hace algunos años, la bioremediación es el procedimiento que utiliza la provincia de La Pampa para el tratamiento de suelos contaminados. Esta metodología brinda soluciones de fondo a los problemas de contaminación causados por la actividad petrolera, ya que

emplea microorganismos que se alimentan de los componentes del petróleo, transformándolo finalmente en dióxido de carbono y agua, en un período que oscila entre tres y quince meses aproximadamente. La operación consiste en mezclar bien el suelo contaminado, y regarlo primeramente con una suspensión acuosa de estas bacterias, tarea que puede efectuarse con un camión regador y una máquina motoniveladora. Este proceso se repite periódicamente, hasta que el suelo acuse un contenido de hidrocarburos totales de petróleo inferior al 2 %. Por debajo de este nivel, se considera que las bacterias que contiene normalmente el suelo, pueden descontaminar sin ayuda la pequeña cantidad de hidrocarburos

que

ha

quedado

sin

descomponer, y

luego

del

correspondiente análisis, se declara liberado ese suelo para otros usos. Además de las tareas de remediación efectuadas ante este tipo de incidentes, la Subsecretaría de Ecología controla periódicamente la calidad de las aguas subterráneas de la zona petrolera, para observar y prevenir  posibles contaminaciones con petróleo o agua salada. Hasta el momento no se han registrado contaminaciones de este tipo, gracias al accionar de los técnicos del organismo, que se abocan diariamente a la tarea preventiva de todo tipo de acciones que puedan causar daño al ambiente. En síntesis, se trabaja para generar una mayor conciencia ecológica buscando fomentar en cada uno de nosotros, un comportamiento amigable con el medioambiente, para que todos podamos tener una mejor calidad de vida. Uno de los principales desafíos que se ha propuesto la Subsecretaría de Ecología es precisamente extender esa toma de conciencia a todos los pampeanos.