TECNOLOGÍAS DE REMEDIACIÓN BIOLÓGICAS – BIORREMEDIACIÓN

REVISIÓN
Las relaciones de los organismos con su entorno comenzaron desde el origen de la vida y han moldeado a nuestro planeta. Por esto entender el pasado y el futuro evolutivos de la vida en la tierra requiere de una comprensión de la naturaleza de la vida y de los modos en los que ésta ha surgido y evolucionado en el ambiente con sus componentes bióticos y abióticos.

De ésta manera, la mayoría de las comunidades terrestres sufren perturbaciones intermitentemente como: escasez de alimento, sequía, congelamiento/descongelamiento o los resultados de la actividad humana. Estas condiciones ambientales alteradas y los recursos que se liberan crean oportunidades para que se establezcan nuevas especies y por lo tanto nuevas adaptaciones.

Es así como existe organismos capaces de obtener una fuente nutritiva a partir de ciertos contaminantes, lo que implica que ante eventuales desastres ambientales, se pueda contar con organismos vivos como agentes limpiadores del ecosistema.

El término biorremediación refiere el uso de organismos vivos (plantas, hongos, bacterias, etc.) para degradar, transformar o remover compuestos orgánicos tóxicos a productos metabólicos inocuos o menos tóxicos. Esta estrategia biológica depende de las actividades catabólicas de los organismos, y por consiguiente de su capacidad para utilizar los contaminantes como fuente de alimento y energía.

Las rutas de biodegradación de los contaminantes orgánicos, varían en función de la estructura química del compuesto y de las especies microbianas degradadoras. El proceso de biorremediación incluye reacciones de oxido-reducción, procesos de sorción e intercambio iónico, e incluso reacciones de acomplejamiento y quelación que resultan en la inmovilización de metales.

La biorremediación puede emplear organismos propios del sitio contaminado (autóctonos) o de otros sitios (exógenos), puede realizarse in situ o ex situ, en condiciones aerobias (en presencia de oxígeno) o anaerobias (sin oxígeno).

Aunque no todos los compuestos orgánicos son susceptibles a la biodegradación, los procesos de biorremediación se han usado con éxito para tratar suelos, lodos y sedimentos contaminados con hidrocarburos del petróleo (HTP), solventes (benceno y tolueno), explosivos (TNT), clorofenoles (PCP), pesticidas (2,4-D), conservadores de madera (creosota) e hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP).

En nuestro país es todo un potencial para la investigación biotecnológica y un desafío para lograr dar soluciones limpias amigables con el ambiente frente a eventuales derrames de hidrocarburos, accidentes de liberación de agentes tóxicos de toda índole entre otras considerando los diferentes sectores que han de hacer un buen uso de ésta biotecnología que poco o nada se aplica. Tomemos en cuenta que existen antecedentes en las cuales por remover agentes contaminantes usando químicos, la solución resultó ser más contaminante. Por lo tanto, es una gran alternativa como estrategia de restauración de ecosistemas afectados, aunque lento pero seguro.

Entre algunas de las técnicas de biorremediación tenemos:

Tecnologías in situ
Las técnicas in situ buscan estimular y crear un ambiente favorable para el crecimiento microbiano a partir de los contaminantes. Este objetivo generalmente puede lograrse con el suministro de aire u oxígeno (bioventeo), nutrientes (bioestimulación), microorganismos (bioaumentación) y/o humedad, además del control de temperatura y pH.

Bioventeo
El bioventeo es una tecnología relativamente nueva, cuyo objetivo es estimular la biodegradación natural de cualquier compuesto biodegradable en condiciones aerobias. El aire se suministra en el sitio contaminado a través de pozos de extracción, por movimiento forzado (extracción o inyección), con bajas velocidades de flujo, con el fin de proveer solamente el oxígeno necesario para sostener la actividad de los microorganismos degradadores.

Aplicaciones. Se utiliza para tratar compuestos orgánicos biodegradables semivolátiles (COS) o no volátiles. Además de favorecer la degradación de contaminantes adsorbidos. Se ha utilizado con éxito para remediar suelos contaminados con HTP, solventes no clorados, pesticidas y conservadores de la madera, entre algunos otros químicos.

Limitaciones. Algunos factores que pueden limitar la efectividad del bioventeo son: (i) el tipo y la concentración del contaminante, (ii) falta de nutrientes; (iii) bajo contenido de humedad y (iv) dificultad para alcanzar el flujo de aire necesario.

Biolabranza
Durante el proceso de biolabranza, la superficie del suelo contaminado es tratado en el mismo sitio por medio del arado. El suelo contaminado se mezcla con agentes de volumen y nutrientes, y se remueve periódicamente para favorecer su aireación. Las condiciones del suelo (pH, temperatura, aireación) se controlan para optimizar la velocidad de degradación y generalmente se incorporan cubiertas u otros métodos para el control de lixiviados. La diferencia entra la biolabranza y el composteo, es que en la biolabranza, se mezcla el suelo contaminado con suelo limpio, mientras que el composteo generalmente se realiza sobre el suelo.

Aplicaciones. Los contaminantes tratados con éxito por biolabranza, incluyen diesel, gasolinas, lodos aceitosos, PCP, creosota y coque, además de algunos pesticidas y http. Es una tecnología de gran escala, que se practica en los Estados Unidos de América, Canadá, Reino Unido, Holanda, Suiza, Dinamarca, Francia y Nueva Zelanda.

Limitaciones. La biolabranza debe manejarse con cuidado para prevenir la contaminación de acuíferos, superficies de agua, aire o en la cadena alimenticia. El mayor problema es la posibilidad de lixiviados de los contaminantes hacia el suelo y el agua. Otra limitante para su utilización, es que por la incorporación de suelo contaminado en suelo limpio, se genera un gran volumen de material contaminado.
No es recomendable su uso para contaminantes diluidos, ni tampoco cuando no todos los contaminantes son biodegradables.


Tecnologías ex situ
Los procesos de biorremediación ex situ, incluyen: (i) procesos de biodegradación en fase de lodos, en donde el suelo se mezcla con agua (para formar un lodo), microorganismos y nutrientes; y (ii) de biodegradación en fase sólida, en donde los suelos colocan en una celda de tratamiento (composteo) o sobre membranas impermeables (biolabranza), en donde se agrega agua y nutrientes.


Biorremediación en fase sólida (composteo)
El composteo es un proceso biológico controlado, por el cual pueden tratarse suelos y sedimentos contaminados con compuestos orgánicos biodegradables, para obtener subproductos inocuos estables. El material contaminado se mezcla con agentes de volumen (paja, aserrín, estiércol, desechos agrícolas), que son sustancias orgánicas sólidas biodegradables, adicionadas para mejorar el balance de nutrientes, así como para asegurar una mejor aireación y la generación del calor durante el proceso. Los sistemas de composteo incluyen tambores rotatorios, tanques circulares, recipientes abiertos y biopilas.
Las pilas estáticas (biopilas) son una forma de composteo en el cual, además de agentes de volumen, el sistema se adiciona con agua y nutrientes, y se coloca en áreas de tratamiento (que incluyen alguna forma de aireación y sistemas para colectar lixiviados). Las pilas de suelo generalmente se cubren con plástico para controlar los lixiviados, la evaporación y la volatilización de contaminantes, además de favorecer su calentamiento.
Aplicaciones. El composteo se ha usado con éxito para remediar suelos contaminados con PCP, gasolinas, HTP, HAP. Se ha demostrado también la reducción, hasta niveles aceptables, en la concentración y toxicidad de explosivos (TNT). El uso de estrategias de composteo, se ha adoptado seriamente hasta los últimos tres a cinco años.
Limitaciones. Algunas limitaciones del proceso son: (i) necesidad de espacio; (ii) necesidad de excavar el suelo contaminado, lo que puede provocar la liberación de COV; (iii) incremento volumétrico del material a tratar y (iv) no pueden tratarse metales pesados.

Biorremediación en fase de lodos (biorreactores)
Los biorreactores pueden usarse para tratar suelos heterogéneos y poco permeables, o cuando es necesario disminuir el tiempo de tratamiento, ya que es posible combinar controlada y eficientemente, procesos químicos, físicos y biológicos, que mejoren y aceleren la biodegradación. Es la tecnología más adecuada cuando existen peligros potenciales de descargas y emisiones.

Uno de los reactores más utilizados para biorremediar suelos es el biorreactor de lodos, en el cual el suelo contaminado se mezcla constantemente con un líquido, y la degradación se lleva a cabo en la fase acuosa por microorganismos en suspensión o inmovilizados en la fase sólida. El tratamiento puede realizarse también en lagunas construidas para este fin o bien en reactores sofisticados con control automático de mezclado.
Aplicaciones. Los biorreactores de lodos aerobios, se utilizan principalmente para tratar HTP, COS no halogenados y COV. Se utilizan también reactores secuenciales de lodos aerobios/anaerobios para tratar BPC, COS halogenados, pesticidas y desechos de artillería.

Limitaciones. Algunos factores que pueden limitar el uso y efectividad de los biorreactores son: (i) el suelo debe tamizarse; (ii) suelos heterogéneos y arcillosos pueden generar problemas de manipulación; (iii) los productos intermediarios pueden ser más tóxicos que el contaminante original (en caso de explosivos o solventes clorados); (iv) los residuos pueden requerir de tratamiento o disposición final.

Referencias
Rosas, I.,A. Cravioto y E. Escurra. 2004. Microbiología Ambiental. INE, México
Volque, T. y J. Velazco. 2002. Tecnologías de remediación para suelos contaminados. INE-SEMARNAT, México.
Imagen: http://www.petroleomagdalena.com/