Solucionando grandes problemas ambientales con la ayuda de pequeños amigos: las técnicas de biorremediación.

Solucionando grandes problemas ambientales con la ayuda de pequeños amigos: las técnicas de biorremediación. Podemos definir la biorremediación como la utilización de seres vivos para solucionar un problema ambiental, tales como suelo o agua subterránea contaminadas. En un ambiente no contaminado, las bacterias, los hongos, los protistas y otros organismos heterotróficos degradas constantemente la materia orgánica disponible, para obtener energía. Cuando un agente contaminante orgánico, combustible, petróleo u otro es accidentalmente liberado en un ambiente dado, algunos de los microorganismos indígenas morirán, mientras que sobrevivirían algunos otros capaces de degradar estos compuestos orgánicos. La biorremediación trabaja proveyendo a estos organismos de nutrientes, oxígenos y otras condiciones que favorezcan su rápido crecimiento y reproducción. Estos organismos entonces podrán degradar el agente contaminante orgánico a una velocidad mayor, proporcionando una técnica para limpiar la contaminación, realzando los mismos procesos de biodegradación que ocurren naturalmente en el medio ambiente Los sistemas de depuración basados en algunas de lodos activados (barros cargados de microorganismos) provocan la disminución de la carga orgánica (originada en los efluentes de complejos industriales y de municipios) mediante la degradación microbiana. Biorremediación puede definirse como la respuesta biológica al abuso ambiental. Esta definición permite distinguir entre el uso de microorganismos para recuperar áreas contaminadas y para tratamientos de residuos tanto industriales como domiciliarios. Es necesario establecer previamente cuáles son los niveles de contaminación que pueden ser admitidos en un ecosistema sin que por ello se provoquen daños a los seres vivos que viven en el. El objetivo de la biorremediacion es eliminar o al menos disminuir la concentración de sustancias potencialmente tóxicas, dispersadas accidentalmente o no en suelos y/o cuerpos de agua superficial o subterránea, utilizando como parte fundamental del proceso a los microorganismos. Los microorganismos utilizados en biorremediación son generalmente no-fotosintéticos; ecológicamente ocupan el nivel trófico denominado de los des componedores, en el que los hongos y bacterias son componentes principales. ¿CÓMO OBTINENE ENERGIA LOS MICROORGANISMOS? Hay diversas formas por las cuales los organismos son capaces de producir la energía necesaria para su crecimiento y reproducción 1. Fotosíntesis 2. Oxidación de compuestos inorgánicos 3. Oxidación de compuestos orgánicos Los caminos metabólicos que pueden emplear los microorganismos presentes de electrones, mientras que los otros dos se realizan en ausencia de oxigeno. . El más simple sistema anaeróbico es el de los digestores, que utilizan un tanque mezclador que puede operar de modo continuo o discontinuo; como subproducto de su operación puede obtenerse metano. a. Respiración aeróbica. Este es el proceso más eficiente de los tres, por lo que es el elegido por los microorganismos siempre que esté presente el oxígeno (que es el aceptor final de los electrones) y, por supuesto, que tengan la maquinaria enzimática para realizar el proceso. La reacción general puede ser escrita así: 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. b. Respiración anaeróbica. Es similar a la respiración aeróbica, con la diferencia de que el último aceptor de los electrones no es el oxígeno. Normalmente estos organismos son anaeróbicos estrictos, o sea que solo pueden crecer en ausencia total de oxígeno. Es un grupo pequeño de organismos, formado sólo por bacterias. Importantes representantes son las bacterias metano génicas y las bacterias sulfato reductoras. c. Fermentación. Algunos organismos obtienen energía de la degradación de compuestos orgánicos, degradándolos sólo parcialmente. Tanto el donor como el aceptor de los electrones una molécula orgánica. Dependiendo de los organismos involucrados, tanto los productos como los substratos utilizados pueden ser muy variables. S e 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 realizado en forma aeróbica. EJEMPLO DERRAME DE HIDROCARBUROS 1. Retirada de la fase liquida no acuosa. Si existe una fase no acuosa de hidrocarburo, debe procederse a su remoción ya que es una fuente concentrada de material peligroso. 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. El agua subterránea trasporta los contaminantes y se considera necesario eliminarlos de ella, será necesario realizar estudios hidrogeológicos que permitan establecer el tamaño de la pluma, la dirección y la velocidad de flujo de las aguas subterráneas en esa zona. Para esto deben perforarse pozos de inspección que permitan muestrear el grado y extensión de la comunicación. 3. estudios microbiológicos. Es necesario estudiar el comportamiento de los microorganismos indígenas, a los fines de evaluar la velocidad con la que degradan los contaminantes, la respuesta a los tóxicos y el efecto de agregado de nutrientes, oxígeno y otros factores que pueden favorecer el crecimiento y metabolismo de los organismos. El microtox es un ensayo comercial basado en bacterias luminiscentes; estas bacterias, de origen marino, emiten normalmente cierta cantidad de luz. Cuando las bacterias luminiscentes se encuentran en presencia de un tóxico, la emisión de luz disminuye en proporción a la toxicidad del medio ensayado. 4. Elección de la ingeniería. Una vez realizados los estudios anteriores, 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, cuando estos sean necesarios. Durante las primeras etapas de degradación biológica ocurre un efecto paradójico: el contenido de hidrocarburos en las aguas subterráneas se eleva a un máximo, debido a la deserción de los contaminantes de las arcillas u otros materiales por la acción de los tensoactivos producidos por la actividad microbiológica. Otro punto interesante es que, 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; si la calidad del agua tratada es la esperada, se comienza a reinyectarla. Luego se prepara el envió de nutrientes y se inyecta junto con el agua de reinyección. Por últimos, cuando el sistema de inyección de nutrientes funciona adecuadamente, se comienza con la inyección de oxígeno. 6. Operación y monitoreo. Debe medirse con elevada frecuencia, diariamente, los valores de temperatura, nutrientes, concentración de oxígeno, pH, potenciales de oxidación/reducción, entre otros posibles parámetros, a lo largo de pozos seleccionados. Con menor frecuencia deben medirse la cantidad de hidrocarburo, la toxicidad, conteos microbianos y otros parámetros seleccionados por su relevancia. Empíricamente se ha sugerido que una carga microbiana de 106 unidades formadoras de colonias (UFC) por mililitro de agua es óptima. Valores mayores pueden ocasionar el taponamiento de los pozos más o menos rápidamente. 7. Fin de las operaciones. Cuando los niveles de los contaminantes alcanzan el nivel permitido por la legislación vigente o bien los valores seleccionados para el proyecto, 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 deserción de más hidrocarburo, que contamine el agua subterránea Futuro de las Técnicas de Biorremediación Las aplicaciones más importantes de la biorremediación han sido aquellas que modifican el ambiente para estimular la actividad de los organismos que allí se encuentran. El empleo de cultivos de microorganismos (muchas compañías venden preparados de éstos, ya sea como esporas, liofilizados u otros formulados, para favorecer la degradación de distintos contaminantes) parece no producir ninguna ayuda o ventaja en el proceso. El uso de microorganismos mejorados genéticamente, que pueden ser protegidos bajo patente, puede optimizar algunos procesos de degradación de moléculas especialmente resistentes (como los PAHs o compuestos muy clorados), pero debido a que las legislaciones aún no establecen el procedimiento a seguir o bien prohíben la liberación masiva de microorganismos recombinantes al medio ambiente, las compañías no han desarrollado estrategias para su uso en biorremediación in situ Comparada con los métodos físicos de limpieza, la biorremediación es más económica y causa menos perturbación en el medio ambiente, como se demostró en una de las más exitosas aplicaciones de la técnica, el tratamiento de la línea de costa afectada por el derrame de crudo del Exxon Valdez, basada en la acción de microorganismos indígenas y modificaciones ambientales de gran sencillez, como la aplicación de nutrientes y la aireación 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. El modelado matemático es una herramienta de gran ayuda para la predicción de los procesos de biorremediación (Rittmann y Sáez, 1997; Stevens, 1997). Existe en la actualidad una gran variedad de software, tanto de libre distribución como comerciales. Cabe mencionar entre los programas de libre distribución a Bioplume III y Bioscreen que han demostrado su valor en muchas situaciones en las que los procesos de biorremediación han sido utilizados. Otro aspecto sumamente importante a desarrollar en el futuro próximo es el uso de reacciones fotoquímicas para la eliminación de contaminantes