biorremediacion de crudo

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I.

INTRODUCCIN

Durante milenios, la humanidad arroja sus desechos al mar. Pero hoy en da, es evidente que la contaminacin debida a la intensificacin de los transportes martimos y de las actividades de perforacin est provocando estragos nunca conocidos en la vida de los ocanos. La industria petrolera produce, transporta, refina y comercializa en la actualidad ms de tres mil millones de toneladas de crudo al ao. Su transporte, efectuado mayoritariamente por va martima, conlleva un alto riesgo, en caso de accidente, dada la enorme dificultad de acceder con rapidez y medios adecuados al lugar del siniestro. La contaminacin por petrleo ha causado numerosos desastres ecolgicos debido a la presencia de hidrocarburos fsiles en el medio ambiente y su accin nociva sobre los ecosistemas y comunidades marinas (Mironov, 1968; Blumer, 1970). Se ha considerado siempre que el mar tiene una funcin "depuradora" sobre la mayora de las sustancias, porque se "disuelven", se "diluyen" o "desaparecen". Es cierto en gran parte, ya que la actuacin y la intervencin de los componentes biticos y abiticos del medio marino lo permite. Los organismos vivientes y en particular los vegetales, especialmente los unicelulares (enzimas, bacterias), son capaces de actuar sobre los hidrocarburos. Sin embargo, muy poco o casi nada se conoce sobre los mecanismos biolgicos naturales de degradacin del petrleo y sus derivados por organismos marinos y sus efectos en ellos. Algunos investigadores han reportado el consumo y metabolismo de algunos hidrocarburos por invertebrados marinos (Lee et. al., 1972), as como por algunos vertebrados especialmente peces (Diamon y Clark, 1970; Clark y Diamon, 1971) y mamferos (NelsonSmith, 1973; Sims, 1967; Robertson y Dunstan, 1971). A pesar de esta biodegradacin y la accin de algunas bacterias para consumir hidrocarburos de bajo peso molecular, principalmente la fraccin correspondiente a las parafinas normales (Zobell, 1969; Oppenheimer et al., 1971), otros hidrocarburos como los correspondientes al tipo aromtico polinuclear, no pueden ser degradados y se acumulan en los sedimentos y en los organismos marinos, interfiriendo procesos biolgicos importantes llegando a producir inclusive el cncer (Blumer, 1967; Mironov, 1968 Mallet y Priou, 1967; Russell y Kotin, 1956 y Martin, 1971). El presente trabajo tiene por objeto proporcionar una idea general de las interacciones entre los desechos de hidrocarburos y el ambiente marino, as como dar a conocer la importancia de los procesos de biodegradacin del petrleo en el mar.

II.

ANTECEDENTES

Derrames de petrleo en la historia mundial. Los naufragios ms famosos de grandes petroleros han sido los del Torrey Canyon, que verti 860.000 barriles (107.000 toneladas) de petrleo frente a las costas de Cornualles, Inglaterra, en 1967, y el del Exxon Valdez, que verti unos 240.000 barriles (30.000 toneladas) en el Prince William Sound, Alaska, en marzo de 1989. El mayor vertido totaliz unos 2.160.000 barriles, y se debi a la colisin de dos petroleros, el Aegean Captain y el Atlantic Empress, cerca de Trinidad y Tobago en 1979. En enero de 1997 un petrolero ruso caus el mayor vertido en Japn en ms de 20 aos, y derram unos 5 millones de litros de denso combustible en el mar del Japn (mar Oriental). Cientos de kilmetros de la costa occidental japonesa se cubrieron de amplias manchas muy densas, causando graves daos en la industria pesquera, playas, reservas naturales y reactores nucleares. No obstante, slo un 10% del petrleo que va a parar al mar procede de accidentes marinos. Otras fuentes son la atmsfera, la filtracin natural, la contaminacin de los ros y las escorrentas urbanas, las refineras de petrleo situadas en la costa, las plataformas petrolferas marinas (su peor vertido hasta la fecha, de unas 540.000 toneladas, se produjo en el campo de Nowruz, en el golfo Prsico, en 1983), las descargas operativas de los petroleros (este tipo de vertidos, responsables de un 22% del total, constituye la mayor aportacin individual a la contaminacin por crudo), y otras causas (como el vertido en el golfo Prsico durante la Guerra del Golfo en 1991, que se estima en unas 460.000 toneladas). A nivel mundial, el volumen de derrame de petrleo es de 1.7 a 8.8 millones de toneladas mtricas por ao y en nuestra regin (Pacfico Sudeste) es de 6000 toneladas mtricas al ao. En el Per se registran derrames de petrleo desde 1978, uno de ellos fue el producido en el oleoducto marino de Talara, hasta uno de los ltimos ocurrido el ao 2000 en el ro Maran que afect la Reserva Pacaya-Samiria. Pero no slo derrames mayores causan contaminacin sino tambin los constantes derrames accidentales en suelos de nuestra selva, los que se producen por el rompimiento del Oleoducto Nor-Peruano, debido a accidentes naturales y por la actividad extractiva.

La Biodegradacin como mecanismo de remediacin En el pasado, las manchas de petrleo se fumigaban con dispersantes. No obstante, la experiencia demuestra que los propios dispersantes, o las emulsiones que forman, pueden ser ms txicas que el propio petrleo. La filosofa actual es contener el petrleo con barreras flotantes y recuperarlo empleando diversos tipos de mecanismos. Slo si el peligro de que alcance la playa es inminente se recurre a los dispersantes. De modo similar, es mejor dejar que el petrleo que alcanza la costa se degrade de modo natural, a menos que se trate de una playa pblica. Incluso en este caso, la eliminacin fsica es preferible al uso de dispersantes, que pueden hacer que el petrleo penetre an ms en la arena. Los dispersantes se reservan para limpiar instalaciones esenciales, como las rampas de botadura de los astilleros. Los dispersantes qumicos utilizados para favorecer la remediacin de los ambientes contaminados pueden causar un mayor impacto ecolgico que el mismo derrame, por su toxicidad y recalcitrancia a la biodegradacin. Por tanto, una mejor alternativa de solucin es el proceso de biorremediacin, que es el tratamiento biolgico del suelo, aire y agua, mediante la biodegradacin de compuestos txicos para transformarlos en compuestos de menor o ningn impacto ambiental. As en la biodegradacin de hidrocarburos, se utilizan bacterias con alta capacidad degradativa, entre estas: Brevibacterium, Spirillum, Xanthomonas, Alcaligenes, Arthrobacter, Nocardia, Flavobacterium, Vibrio, Achromobacter, Acinetobacter, Micrococcus, Pseudomonas aeruginosa, Serratia rubidae, Bacillus sp,, Pseudomonas mendocina, Pseudomonas aureofasciens, etc., las cuales disminuyen la concentracin de hidrocarburos presentes en el ambiente y al mismo tiempo son inocuas para la salud y el medio ambiente. Estas bacterias producen bioemulsificantes y biosurfactantes que disminuyen la tensin superficial entre el petrleo y el medio acuoso facilitando el acceso microbiano a la fuente de carbono insoluble para su degradacin.

Hallazgo de una bacteria que degrada rpidamente el crudo vertido en el mar (Publicacin de La Revista Science) Los investigadores observaron la formacin de un penacho de crudo disperso a una profundidad entre 100 y 150 metros a unas 10 millas de la entrada del pozo de perforacin. Nuestros hallazgos muestran que la afluencia de aceite alter profundamente la comunidad microbiana estimulando a las gamma-proteobacterias psicrfilas (que viven a bajas temperaturas) y que estn estrechamente relacionados con conocidos microbios degradantes del petrleo", explica Terry Hazen, director del estudio y principal investigador del Instituto de Biociencias de la Energa. "Este aumento de microorganismos psicrfilos con sus altas tasas de biodegradacin del petrleo parece ser uno de los principales mecanismos

responsables de la rpida disminucin del penacho de petrleo observada en aguas profundas". El reventn descontrolado de petrleo en el Golfo de Mxico es una de las fugas de crudo ms grande de la historia. Para evitar que grandes cantidades de crudo altamente inflamable llegara a la superficie, BP despleg en la boca del pozo una cantidad sin precedentes de dispersante Corexit 9500, lo que cre una nube de partculas microscpicas de petrleo. Los anlisis de los penachos de crudo dispersado puso de manifiesto una gran variedad de microorganismos degradadores de hidrocarburos cercanos a los Oceanospirillales, algunos de los cuales se correlacionaron con los cambios de concentracin de diferentes contaminantes de petrleo. Se encontraron mayores velocidades de biodegradacin de lo esperado. "El aceite que escapaba de la cabeza del pozo daado representaba una enorme entrada de carbono en el ecosistema marino y sospechbamos que los componentes de los hidrocarburos en el crudo podran servir como sustrato de carbono para los microbios de aguas profundas, pero se necesitaban datos cientficos para tomar decisiones sopesadas. Una de las preocupaciones sobre la degradacin microbiana del petrleo es que los microbios tambin consumen oxgeno y pueden generar zonas muertas donde no se sostiene la vida. Sin embargo, mientras que la saturacin de oxgeno fuera de la columna era del 67%, dentro del penacho era de 59%. "Las bajas concentraciones de hierro en el agua del mar pueden haber impedido que el oxgeno cayera con la demanda de la biodegradacin del petrleo. Muchas enzimas que degradan los hidrocarburos contienen hierro como componente, pero no hay suficiente hierro para crear estas enzimas, que degradan el carbono ms rpidamente pero tambin consumen ms oxgeno", afirma Hazen. Este descubrimiento, basado en ms de 200 muestras obtenidas de 17 sitios en aguas profundas, viene a aportar esperanza a la preocupacin ambiental por los efectos que sobre la vida marina pueden tener las grandes columnas de petrleo sumergido que navegan por los fondos del Golfo de Mxico. El microbio recin descubierto se reproduce con rapidez.

III.

EL PETROLEO CRUDO COMO CONTAMINANTE EN EL MAR

El crudo est formado por una mezcla de sustancias que son txicas para el medio ambiente. El petrleo contiene, adems de los hidrocarburos, otros compuestos asociados como son azufre, metales pesados como es el vanadio, sales inorgnicas y otras sustancias txicas, algunas de ellas radioactivas. El petrleo crudo es un lquido espeso, negro y maloliente que flota en el agua. En el derrame se forman enormes extensiones de este lquido que impide el paso de la luz solar. Con esto se interrumpe el proceso de fotosntesis a travs del cual se genera oxgeno en el agua. La capa de petrleo tambin impide el intercambio con el oxgeno del aire; la flora y fauna marina sufre enormes prdidas. 3.1. Toxicidad del crudo Se acumula en hbitats acuticos de baja energa como lagunas y pantanos, produciendo trastornos en la integridad del ecosistema En sedimentos pueden incorporarse y re contaminar la columna de agua, as como producir efectos a largo plazo en las comunidades bentnicas. Permanece inalterado y txico por debajo de la capa superficial aerbica, ya que all el proceso de degradacin es muy lento. El petrleo ingresa desde su inicio en las cadenas alimenticias a travs del zoo y fitoplancton.

3.1.1. Los organismos ms vulnerables son: Fitoplancton.- El petrleo interrumpe la fotosstesis penetracin de luz. Inhibe o retrasa la divisin celular. Componentes del zooplancton Huevos y juveniles acuticos.- Letal a 100 ppb Animales que se alimentan por filtracin Animales que absorben el alimento por quimio-recepcin Animales que viven en tneles acuticos pueden ahogarse por la presencia de petrleo. Tortugas acuticas y otros reptiles porque reduce la

Peces bentnicos.- Produce larvas deformadas Aves acuticas-. Alteraciones fisiolgicas por ingestin crnica de agua contaminada, incluyendo aceleracin de la funcin heptica para eliminar el petrleo ingerido), debilidad general, prdida de flotabilidad, por lo que se ahogan, las plumas pierden la capacidad aislante por lo que estn ms expuestas a cambios climticos. Son presa fcil de predadores porque su movilidad se altera.

Mortalidad en huevos de aves a concentraciones de 20 ppb, producida por contaminantes trado por las hembras al nido junto con los alimentos.

3.2.

Comportamiento del petrleo crudo en el mar.

El comportamiento del petrleo en el mar vara segn su composicin, caractersticas, temperatura del agua. El espesor de la capa aceitosa puede ser de unos centmetros hasta varios centmetros. El tiempo de residencia, es decir el tiempo durante el cual el petrleo es detectable depende tambin de varios factores y/o del tipo de mtodo que se emplea para su deteccin. El hidrocarburo vertido sobre la superficie de la mar se extender inmediatamente. A causa de sus propiedades fsicas y qumicas, as como las condiciones externas. Se extender de manera impredecible resultando un vertido no homogneo consistente en manchas espesas y grumos entremezclados con finas capas oleosas. La figura o forma final de la mancha estar condicionada por el viento, las olas y las corrientes. Se va extendiendo en una superficie cada vez mayor hasta llegar a formar una capa muy extensa, con espesores de slo dcimas de micrmetro. De esta forma se ha comprobado que 1 m 3 de petrleo puede llegar a formar, en hora y media, una mancha de 100 m de dimetro y 0,1 mm de espesor.

3.2.1. Proceso de envejecimiento Un derrame de hidrocarburos en el mar se ver afectado por un nmero de procesos de envejecimiento. Al incrementarse el rea del vertido aumenta tambin la tasa de evaporacin, pero la velocidad y extensin de la evaporacin varan considerablemente dependiendo de la composicin del hidrocarburo. Los de poca densidad, como la gasolina o el fuel-oil ligero, se evaporan con gran rapidez (entre una y dos terceras partes en unas pocas horas), mientras que los hidrocarburos

pesados se disipan ms lentamente. La evaporacin se ve tambin afectada por la velocidad del viento y la temperatura; cuanto ms alta sean ambas, ms rpida ser la evaporacin, el petrleo evaporado es descompuesto por fotooxidacin en la atmsfera.

Fig. 01. Distribucin temporal de los procesos de un derrame de crudo

Proceso de dispersin vertical El proceso de dispersin vertical y redispersin es importante para la disolucin del hidrocarburo en el agua del mar. Con mal tiempo, una proporcin significativa del hidrocarburo se dispersa en la columna de agua, debido principalmente al efecto de las olas rompientes. Las gotitas oleosas dispersas tienden entonces a volver a la superficie o a ser redispersadas por las fuerzas de flotabilidad. Las gotas ms grandes emergen enseguida, mientras que las gotas ms pequeas pueden ser transportadas por las corrientes lejos del lugar del vertido y permanecen dispersas durante semanas. Cuando el hidrocarburo se adhiere a otros cuerpos, o forma partculas con densidad superior a la del agua, puede hundirse hasta el fondo en un proceso llamado sedimentacin.

Fig. 02. Distribucin vertical de un derrame de crudo

Emulsificacin del vertido Otro elemento importante del proceso de envejecimiento es la emulsificacin del vertido, es decir, la incorporacin de agua al hidrocarburo cambiando as las propiedades de mismo y la cantidad presente en la superficie de la mar. El contenido de agua de tales emulsiones puede alcanzar el 80%-90%. Estas emulsiones son llamadas "mousse" (crema de chocolate), emulsin gelatinosa de agua y aceite que se convierte en bolas de alquitrn densas, semislidas, con aspecto asfltico. Se ha calculado que en el centro del Atlntico hay unas 86.000 toneladas de este material, principalmente en el mar de los Sargazos que tiene mucha capacidad de recoger este tipo de material porque se quedan enganchadas en las algas, muy abundantes en esa zona . Las condiciones de viento y la viscosidad del hidrocarburo son los factores ms importantes para la formacin de emulsiones, que pueden llevar a que el volumen de la emulsin cinco das despus del derrame sea el doble del volumen derramado. Los vertidos de hidrocarburos tambin son afectados por la biodegradacin, proceso extremadamente lento pero que es importante a largo plazo. Sin embargo, no todos los componentes de un hidrocarburo son degradados por los microorganismos.

PROCESOS A RAZ DE UN DERRAME DE PETRLEOAceite / agua de formacin de emulsin

Orilla

Formacin de aerosol

extensin

Liberacin

Ingestin por vida animal

Absorcin y liberacin de sedimentos

3.3.

Los factores que intervienen en la deriva de un hidrocarburo

El modo en que un vertido deriva en la mar est determinado por varios factores medioambientales: velocidad y rumbo de la corriente (incluida la de la marea), velocidad y direccin del viento, y sistema de olas. La corriente transporta el vertido con el agua. En ausencia de viento, el hidrocarburo se mover, normalmente, con la misma velocidad y en la misma direccin que la corriente. En otro caso, el movimiento del hidrocarburo tambin es afectado por el viento, a una velocidad estimada en un pequeo tanto por ciento de la velocidad de ste. Las olas ejercen una influencia menor sobre un vertido ya que no inducen un movimiento considerable sobre el hidrocarburo derramado, sin embargo su efecto s es importante en relacin con la dispersin y el proceso de envejecimiento.

Comportamiento en playas y costas Cuando el hidrocarburo alcanza las playas y costas, con frecuencia es llevado hacia afloramientos y riscos por las olas. En regiones de marea, se acumula en pozos entre las rocas y puede mancharlas a todo lo largo del rango de intermareal. Este hidrocarburo por lo general es rpidamente limpiado por la accin de las olas, pero es ms persistente en aguas protegidas. En los cantos, guijarros y cascajos, la penetracin del hidrocarburo aumenta con el incremento de las rocas. En reas con oleaje fuerte, las piedras de la superficie se limpian rpidamente por abrasin, mientras que el hidrocarburo enterrado puede persistir por algn tiempo. Por su parte, los hidrocarburos de baja viscosidad pueden terminar siendo lavados de la playa. El tamao de las partculas, la profundidad del nivel fretico y las caractersticas de drenaje determinarn la penetracin del hidrocarburo en las arenas de las playas. Las playas de arena gruesa tienden a formar un banco de arena ms empinado y se secan durante la marea baja, permitiendo que ocurra cierto grado de penetracin, particularmente con hidrocarburos de baja viscosidad. El hidrocarburo por lo general se concentra cerca de la marca de la marea alta. La arena de grano fino casi siempre se encuentra en playas de perfil ms plano, permaneciendo hmeda durante todo el ciclo de marea, de manera que ocurre poca penetracin. Sin embargo, alguna cantidad de hidrocarburo puede quedar enterrada cuando queda expuesta a las olas rompientes por ejemplo, durante un temporal. En los pantanos, los grandes depsitos son caractersticos de los ambientes de baja energa. Existe poca penetracin del hidrocarburo en el sustrato debido a que el sedimento est empapado de agua, pero el hidrocarburo puede permanecer sobre la superficie por largos periodos. Si el derrame coincide con un temporal, el hidrocarburo puede quedar incorporado al sedimento y persistir indefinidamente. Las cuevas de animales y canales de races de plantas tambin pueden facilitar la penetracin del hidrocarburo. Los diversos ecosistemas reciben petrleo e hidrocarburos, en cantidades diversas, de forma natural, desde hace millones de aos. Por esto es lgico que se encuentren muchos microorganismos capaces de metabolizar el petrleo y que sea frecuente el que muchos seres vivos sean capaces de eliminar el absorbido a travs de la cadena alimenticia. No parece que sea muy importante la amenaza de bioacumulacin del petrleo y los productos relacionados en la cadena alimenticia, aunque en algunas ocasiones, en localidades concretas, puede resultar una amenaza para la salud humana.

IV.

LA BIODEGRADACIN DEL PETROLEO CRUDO

4.1. Biodegradacin Se refiere al proceso natural mediante el cual bacterias u otros microorganismos alteran y convierten molculas orgnicas en otras sustancias, como cidos grasos y CO2 Es el resultado de los procesos de digestin, asimilacin y metabolizacin de un compuesto orgnico llevado a cabo por bacterias, hongos, protozoos y otros organismos En la naturaleza existen microorganismos (bacterias y hongos, principalmente) que se alimentan de los hidrocarburos y los transforman en otras sustancias qumicas no contaminantes. Este proceso natural se puede acelerar aportando nutrientes y oxgeno que facilitan la multiplicacin de las bacterias La biodegradacin de petrleo en los ecosistemas es compleja. Depende de las caractersticas de la mezcla de hidrocarburos, de los factores ambientales que regulan la actividad biolgica y de la naturaleza de la comunidad microbiana. Se ha visto que la tasa de descomposicin es mayor para los hidrocarburos saturados, seguido por los aromticos livianos, mientras que los aromticos de alto peso molecular exhiben tasas muy bajas de descomposicin. No obstante este esquema no es universal. Los efectos ecotxicos de un producto petrolfero (combustibles, aceites lubricantes, fluidos hidrulicos, ceras, asfaltos, etc.), pueden ser muy graves por actuar en todos los niveles de organizacin biolgica: desde los componentes subcelulares hasta los niveles superiores del ecosistema. La descomposicin enzimtica de algunos productos naturales como lignina, celulosa y diferentes lpidos, es similar a la de ciertos contaminantes naturales o sintticos. Es en este hecho en que est basada la importancia para la eliminacin de los contaminantes. En ciertos hongos superiores se ha comprobado que el complejo enzimtico de las ligninasas es eficiente en la degradacin de hidrocarburos aromticos y otros contaminantes producidos por el hombre.

4.2.

Proceso de Biodegradacin del petrleo crudo

La degradacin natural de los hidrocarburos en el mar incluye los siguientes procesos: a) Dispersin: este proceso que es el primero en producirse atena la pelcula aceitosa hasta unos milmetros y depende de la viscosidad, la tensin superficial del petrleo y del agua, y del factor tiempo.

b) Evaporacin: los compuestos de petrleo de bajo peso molecular y de bajo punto de ebullicin se volatilizan, dependiendo tambin de la viscosidad del petrleo, de sus caractersticas y de las condiciones climticas imperantes. c) Disolucin: gran parte de los componentes de bajo peso molecular se separan de la masa de hidrocarburos y se disuelven en el medio marino. Aqu tambin los parmetros arriba indicados tienen su influencia. Generalmente este mecanismo es largo, ya que los procesos de oxidacin y degradacin microbiana producen compuestos polares que tambin se disuelven en el agua. d) Emulsificacin: el petrleo se mezcla con el agua de mar, o viceversa, el agua se mezcla con el petrleo. e) Auto-oxidacin: reaccin catalizada por la luz y el oxgeno del aire para formar cetonas, aldehdos, alcoholes y cidos carboxlicos (todos compuestos polares) que se disuelven en el agua o actan como detergentes u agentes emulsificantes. f) Degradacin microbiana: puede ser de dos tipos, aerbica o anaerbica. El petrleo es una fuente alimenticia de ciertas bacterias, enzimas, actinomicetes, hongos y levaduras.

OXIDACIN AERBICA: los microorganismos que oxidan el petrleo necesitan oxgeno, en la forma disuelta o en la forma libre. Por lo tanto la degradacin biolgica ocurre en la interfase aire- agua. Bajo la superficie de la columna de agua o en el fondo del mar, esta degradacin es muy limitada. OXIDACIN ANAERBICA: algunos organismos pudren oxidar el petrleo sin presencia de oxgeno. Estos utilizan los nitratos o los sulfatos como fuente de oxidacin. Las pseudomonas aeroginosa, por ej. Utilizan los n-hexadecano para reducir los nitratos a nitritos.

g) Hundimiento: la evaporacin, la disolucin y la oxidacin del petrleo pueden provocar un aumento de su peso especfico y permitir el hundimiento del mismo. h) Resurgimiento: cuando la densidad del petrleo hundido se reduce por efecto de una prolongada oxidacin anaerobio, el petrleo puede volver a flotar otra vez y los procesos anteriores se producirn nuevamente hasta desaparicin completa o contaminacin de una costa.

Fig. 04. Proceso de degradacin natural del petrleo cruod.

4.3.

Factores que influencian en el proceso de biodegradacin del petrleo

La degradacin del petrleo y la velocidad de su degradacin est influenciada por: la luz la temperatura El tipo y nmero de sustancias nutrientes e inorgnicas que contiene, vientos, mareas, corrientes, etc.

Estos factores afectan a la degradacin microbiana, la evaporacin, la disolucin, la dispersin y los procesos de sedimentacin. Las fracciones ms txicas son generalmente las menos susceptibles a la degradacin microbiana. Los residuos densos pueden flotar, depositarse en los sedimentos o llegar a la costa como manchas de alquitrn.

En los mares fros, como el Atlntico Sur, la actividad microbiana es lenta, no slo porque los mecanismos bacterianos son ms lentos, sino tambin porque el petrleo se vuelve ms viscoso y produce una pelcula gruesa que impide o reduce el ataque microbiano. En perodo invernal, adems, la oxidacin fotoqumica se reduce por ser los das mas cortos.

Las alteraciones que sufre el petrleo derramado en el medio marino se designan bajo el nombre de intemperizacin. Este petrleo intemperizado es bastante diferente que el petrleo producido o recientemente derramado, ya que pierde muchos de sus componentes solubles o voltiles. Este crudo puede daar a los organismos marinos, permanecer en los sedimentos y daar a las aves.

4.4.

Principales microorganismos degradadores de petrleo

Todos los ecosistemas acuticos y marinos contienen algn tipo de microorganismos degradadores de petrleo Numerosos microorganismos distribuidos en la naturaleza poseen la capacidad de utilizar hidrocarburos como nica fuente de energa y carbono (alimento), por lo que la utilizacin microbiana de hidrocarburos podra ser un mtodo vlido para la eliminacin de los mismos en el ecosistema afectado (biorremediacin). Ciertas especies de bacterias, hongos, actinomicetes y protozoos son los microorganismos que tienen la capacidad degradativa, obteniendo los nutrientes por digestin, y la importancia relativa de cada uno depende de las condiciones del medio. Estos secretan enzimas digestivas, las cuales degradan molculas especficas, desdoblndolas en compuestos simples y solubles que entran en las vas metablicas normales de cada organismo. La descomposicin es completa cuando los compuestos orgnicos son retornados al ambiente en forma inorgnica o mineral, algunos de estos compuestos son degradados a dixido de carbono (CO2) y agua, y otros son tomados por otros saprtrofos. Hay diferencias notables en el comportamiento de diferentes organismos ante la contaminacin con petrleo. Los moluscos bivalvos (almejas, mejillones, etc.). por ejemplo, muestran muy baja capacidad de eliminacin del contaminante y, aunque muchos organismos (algunos peces, por ejemplo) no sufren daos importantes con concentraciones del producto de hasta 1000 ppm, algunas larvas de peces se ven afectadas por niveles tan bajos como 1 ppm. Las aves y los mamferos se ven afectados por la impregnacin en sus plumas y piel por el crudo, lo que supone su muerte en muchas ocasiones porque altera su capacidad de aislamiento o de impermeabilizacin.

Los daos no slo dependen de la cantidad vertida, sino tambin del lugar, momento del ao, tipo de petrleo, etc. Un simple vertido de limpieza de tanques de un barco -el Stylismat en Noruega a 30.000 aves marinas en 1981, porque fue arrastrado directamente a la zona donde estas aves tenan sus colonias. La mayora de las poblaciones de organismos marinos se recuperan de exposiciones a grandes cantidades de petrleo crudo en unos tres aos, aunque si el petrleo es refinado o la contaminacin se ha producido en un mar fro, los efectos pueden durar el doble o el triple. Cuadro 01. Principales microorganismos degradadores de petrleo

V.

LA BIORREMEDIACION COMO TECNICA DE DEGRADACIN DEL PETROLEO CRUDO

5.1.

Biorremediacin

La descontaminacin y detoxificacin de los contaminantes qumicos presentes en un ambiente determinado llevada a cabo por los microorganismos, se conoce genricamente como biorremediacin. La biorremediacin es la utilizacin de organismos vivos en ambientes contaminados para producir una aceleracin del proceso natural de biodegradacin En la actualidad existe una corriente cada vez ms importante en el sentido de utilizar microorganismos, en especial bacterias y hongos, para ayudar a la descontaminacin y recuperacin de ambientes naturales y para el tratamiento de afluentes industriales o municipales. Se estima que los mejores microorganismos para la eliminacin de txicos presentes en un medio son en principio aislados del propio ambiente de donde han sido seleccionados naturalmente, aunque en una segunda instancia la manipulacin gentica de los mismos puede fortalecer considerablemente su capacidad. Ello est sustentado en la observacin de que los microorganismos capaces de habitar en un medio contaminado, (y por ende realizar las funciones vitales), poseen en su metabolismo celular dispositivos sumamente efectivos para realizar descontaminacin. La elevada complejidad de la composicin del crudo de petrleo y derivados, implica la existencia de una amplia capacidad enzimtica si se quiere conseguir una degradacin significativa del crudo. La mayor parte de los estudios realizados se han llevado a cabo con cepas bacterianas individuales o con la combinacin de diferentes cepas aisladas.

5.2.

Principales caractersticas de los mtodos de biorremediacin

Adicin de nutrientes Aplicado para superar la principal limitacin sobre la velocidad de la biodegradacin natural de petrleo. De los tres mtodos de biorremediacin, ha sido el ms estudiado, y actualmente se presenta como el de ms factible aplicacin para la mayora de vertidos No hay indicios de que la fertilizacin origine aumento en la poblacin de algas u otro impacto significativo adverso Inoculacin Aplicado para aprovechar la ventaja de las especies de microorganismos mas eficientes en la degradacin de petrleo Los resultados de pruebas de campo, no han sido concluyentes Uso de microorganismos modificados geneticamente Probablemente no es necesario en la mayora de los casos debido a la amplia variedad de microorganismos naturales Uso potencial para degradar componentes de petrleo que no son degradados por microorganismos no modificados Su desarrollo y utilizacin debe afrontar importantes restricciones legales

5.3.

Factores que determinan la eficacia de la biorremediacin:

a) Propiedades del contaminante: Bsicamente nos referimos a su biodegradabilidad. Por ejemplo, si nos referimos al petrleo, los hidrocarburos lineales se degradan ms rpidamente que los ramificados. La presencia de dobles enlaces, anillos aromticos y diversas sustituciones qumicas hacen una molcula ms resistente a su biodegradacin

b) Presencia de comunidades microbianas adecuadas: Los microorganismos pueden ser autctonos (biorremediacin intrnseca, atenuacin natural) o aadidos al sistema para mejorar la degradacin (bioaumentacin). c) Disponibilidad del contaminante: Es un factor crtico, tan importante como la presencia de comunidades microbianas adecuadas. Depende de su solubilidad, estado de oxidacin, adsorcin a componentes del suelo. d) Naturaleza del medio contaminado: puede afectar al crecimiento microbiano y al metabolismo del compuesto en cuestin. Por ejemplo, permeabilidad, temperatura, presencia o ausencia de nutrientes orgnicos, oxgeno u otros aceptores de electrones, pH, etc. e) Toxicidad: la toxicidad de un compuesto afecta a la capacidad de organismo para asimilarlo.

5.4.

Ventajas y desventajas de la biorremediacin

VENTAJAS: Generalmente solo origina cambios fsicos menores sobre el medio. Cuando se usa correctamente no produce efectos adversos significativos. Puede ser til para retirar algunos de los compuestos txicos del petrleo. Ofrece una solucin ms simple y completa que las tecnologas mecnicas. Menos costosa que otras tecnologas DESVENTAJAS: Para muchos tipos de vertidos su efectividad no ha sido determinada. Muy difcil aplicacin en el mar. Tiempo necesario para actuacin es largo. Su implementacin es especfica para cada lugar contaminado.

Su optimizacin requiere informacin sustancial acerca del lugar contaminado y las caractersticas del vertido.

5.5.

Aspectos a considerar en la Biorremediacin.

El proceso de biorremediacin debe incluir invariablemente una demostracin cientfica vlida de la efectividad del proceso y la seguridad ambiental. Efectividad en el caso de la biorremediacin de petrleo, significa el establecimiento de que: a. La remocin o desaparicin del petrleo es primeramente atribuible a la biodegradacin y no a otro proceso. b. El porcentaje de incremento de la degradacin es suficientemente rpido (con verificacin estadstica) que la velocidad natural. Para poder justificar el gasto del esfuerzo de implementar el proceso de biorremediacin a una gran escala. La seguridad ambiental requiere considerables esfuerzos para verificar que ocurren efectos ecolgicos no adversos como resultado de la aplicacin de fertilizantes. Medidas de la efectividad de la Biorremediacin. Se deben considerar los siguientes aspectos: 1. Cambios cualitativos en la composicin de los hidrocarburos que son indicativos de procesos biolgicos. Se realiza la cromatografa gaseosa, teniendo en cuenta los procesos de los factores ambientales (fotlisis, disolucin fsica, lavado qumico, volatilidad, etc.) que pueden contribuir a la desaparicin del petrleo. 2. Los grupos indicadores de la degradacin son los hidrocarburos aromticos seleccionados ya que s estos se degradan, los hidrocarburos alifticos sern siempre tambin intensamente degradados. 3. Disminucin del porcentaje de la masa de petrleo que son tambin indicativos de procesos biolgicos. 4. Reduccin del peso total del petrleo, determinando la prdida de peso en las distintas fracciones de hidrocarburos del petrleo.

5. La medicin del nmero de microorganismos degradadores de petrleo es un indicador inicial de la factibilidad de la biorremediacin. 6. Estudio de la mineralizacin (mediciones de la produccin de CO2 total). 7. Efecto de la accin del nitrgeno

5.6.

Experiencias internacionales en la Biorremediacin de la Contaminacin de Petrleo

En Cuba El incremento del transporte de hidrocarburos hacia y alrededor de Cuba, unido al crecimiento de la industria petrolera nacional provoc la necesidad de explorar la aplicacin de tecnologas de biorremediacin para coadyuvar a la proteccin del ambiente marino frente a derrames de petrleo y al incremento de la produccin de petrleo por el uso de microorganismos. Desde finales de la dcada de los 80 del siglo pasado en Cuba se ha trabajado en investigaciones relacionadas con el desarrollo de tecnologas para la biorremediacin de ambientes impactados con petrleo y sus derivados. En particular, se estableci la Coleccin de Bacterias Marinas a partir del aislamiento, seleccin y conservacin de bacterias hetertrofas de origen marino, teniendo en cuenta que la extensin y diversidad taxonmica de estos microorganismos representan un potencial para la obtencin de productos naturales bioactivos. En la actualidad la coleccin se encuentra en el Centro de Bioproductos Marinos (CEBIMAR), la cual cuenta con ms de 400 cepas de bacterias aisladas del medio marino, muchas de las cuales son capaces de degradar el crudo, producir tensioactivos, cidos orgnicos u otros metabolitos, con alta baro estabilidad y resistencia a las sales, que han permitido la formulacin de diferentes bioproductos destinados al tratamiento de ecosistemas contaminados con petrleo y sus derivados (Nez, Garateix, Laguna, Fernndez, Ortiz, Llanio, Valds, Rodrguez y Menndez, 2006). El desarrollo de proyectos de aplicacin de las potencialidades de las bacterias relacionadas con la biorremediacin de ambientes impactados con hidrocarburos surge a partir de tareas de investigacin bsica relacionadas con los resultados siguientes: Establecimiento de la coleccin de bacterias marinas degradadoras de petrleos crudos ligeros y pesados, hidrocarburos aromticos y fracciones de destilacin derivados del petrleo.

Establecimiento de una coleccin de microorganismos marinos productores de tensioactivos de carcter emulgentes tiles en la degradacin de petrleo y sus derivados. Procedimientos y productos para la descontaminacin ambiental y el tratamiento de residuales de la industria petrolera.

La formulacin de los biopreparados para la degradacin de hidrocarburos incluye el cultivo de clulas libres e inmovilizadas a partir de cultivos axnicos o mixtos obtenidos por va fermentativa. En particular se ha trabajado con cinco cultivos de bacterias aislados de los sedimentos de la Baha de Crdenas, Matanzas, que han mostrado su capacidad de degradar las diferentes fracciones del crudo (Nez; 2003; Cabranes, Nez y Ortiz, 2006; Cabranes, Nez y Ortiz, 2007). Entre los productos diseados y evaluados por tcnicas de inmovilizacin celular se incluye el BIOIL, k-BIOIL e IDO-225 (Nez; 2003; Fonseca, Nez y Villaverde, 2005); mientras que el BIOIL-FC est diseado a partir de un cultivo de clulas libres. El desarrollo del bioproducto BIOIL-FC permiti disear un Servicio Ambiental demandado por el sector industrial vinculado al uso del petrleo y sus derivados para el saneamiento de la contaminacin petrognica. BIOIL-FC es un bioproducto en forma de clulas libres y en su formulacin contiene un cultivo mixto de bacterias, el cual presenta un amplio espectro de degradacin de los hidrocarburos del petrleo. Su proceso de obtencin es por va fermentativa a partir de materias primas sencillas y su tecnologa de produccin a escala industrial est diseada para disminuir los costos de acuerdo a los recursos y condiciones disponibles. La primera experiencia fue desarrollada en 1990, en bioensayos a escala de laboratorio y de banco empleando residuales de la Refinera ico Lpez de la Habana y agua de formacin de la Empresa de Extraccin y Perforacin de Petrleo Crudo en Varadero Cuba (Joseph, 1996). Las experiencias se realizaron en reactores aireados con un volumen de 200 L. Los resultados de estos ensayos demostraron que los cultivos empleados degradaban estos residuales en 19 das comparables a los referidos por el American Petroleum Institute (API). Posteriormente fue desarrollada una tecnologa de biorremediacin con el producto BIOILFC para el tratamiento de derrames accidentales de crudo y sus derivados en diferentes ecosistemas naturales. En 1992 se llev a cabo por primera vez el tratamiento biolgico de un derrame de petrleo en Cuba. La aplicacin del BIOIL-FC permiti en solo 21 das reducir la contaminacin provocada por un derrame accidental de ms de 100 T de petrleo combustible pesado en la Baha de Cienfuegos.

Adems se ha aplicado en otros accidentes ocurridos en diferentes ecosistemas marinos como bahas abiertas, playas y manglares, con resultados de remocin de los hidrocarburos de ms del 90%. Tambin el producto ha sido utilizado con xito para el saneamiento lagunas de oxidacin y otros ecosistemas como ros y ensenadas con excelentes resultados. Se ha demostrado que el proceso de biorremediacin con este producto en condiciones naturales no afecta a los ecosistemas por lo que cumple con el principio de la seguridad ambiental donde ha sido aplicado. La aplicacin del BIOIL-FC en la biorremediacin ha resultado efectiva para reducir los daos ecolgicos y econmicos ocasionados por derrames de hidrocarburos, garantizando una rpida recuperacin del rea impactada a un bajo costo aplicable a cualquier tipo de contaminacin con hidrocarburos en diferentes ecosistemas naturales; as como en la industria (Nez, Ortiz, Oramas, FonsecaCabranes, Paneque, Barbn, Daz, y Martnez, 2009.) En Exxon Valdez, Alaska Mar.1989 Aplicacin de nutrientes a 110 millas de playa contaminada (Prince Williams Sound) Puntos clave en el proceso de biorremediacin: Inicio inmediato de un estudio para determinar si la adicin de nutrientes era una tecnologa apropiada para este vertido Aplicacin por parte de Exxon de nutrientes a 110 millas de playa Estudios adicionales de EPA para evaluar las tcnicas de aplicacin de nutrientes Programa de larga duracin para monitorizar las playas tratadas Evaluacin del potencial de la utilizacin de microoganismos a esas playas para favorecer la biodegradacin Tipos y mtodos de nutrientes aplicados: de liberacin lenta solubles en agua aplicados en forma de briquetas y granulares, o con aspersores nutriente oleoflico lquido (Inipol EAP 22: urea, fosfato, butoxy-1-etanol, cido olico)

Resultados: Se increment velocidad de biodegradacin entre 2 y 4 veces mediante la aplicacin de nutrientes. La utilizacin de aspersores en la aplicacin de nutrientes solubles en agua result la ms efectiva, aunque de muy difcil aplicacin a gran escala.

EPA determin que el mtodo ms prctico para estas playas era la aplicacin de nutrientes oleoflicos (superficial) y granulares de liberacin lenta (superficial + sub-superficial).

BIBLIOGRAFIA

BIODEGRADACIN DE CRUDO DE PETROLEO EN TERRARIOS. http://sisbib.unmsm.edu.pe/bibvirtual/tesis/salud/escalante_g_r/cap2.htm

BACTERIAS DEGRADAN PETRLEO EN LA ANTRTIDA http://www.tierramerica.net/2003/1215/articulo.shtml

LOS IMPACTOS DE LA EXPLOTACION PETROLERA EN ECOSISTEMAS TROPICALES Y LA BIODIVERSIDAD. http://www.loff.cat/imagenes/destruccio/impactos_explotacion_petrolera-esp.pdf

EVOLUCIN Y COMPORTAMIENTO DE LAS MANCHAS DE PETRLEO. http://www.cetmar.org/documentacion/comportamiento.htm

UTILIZACIN Y DEGRADACIN DEL PETRLEO CRUDO POR DOS ESPECIES DE CAMARN: PENAEUS DUORARUM Y PENAEUS AZTECUS. http://biblioweb.tic.unam.mx/cienciasdelmar/centro/1975-1/articulo11.html

CONTAMINACIN PETROLERA. http://www.ambiente-ecologico.com/revist30/contpe30.htm

BIORREMEDIACIN http://www.usc.es/uscmn/investigacion/documento/Prestige-Biorremediaci%F3n.pdf