TECNICAS DE TECNICAS DE BIOREMEDIACION BIOREMEDIACION

En las últimas décadas, la liberación de contaminantes al ambiente, producida principalmente como consecuencia del desarrollo industrial, ha superado con creces los mecanismos naturales de reciclaje y autodepuración de los ecosistemas receptores. Este hecho ha conducido a una evidente acumulación de contaminantes en los distintos ecosistemas hasta niveles preocupantes. Por ello, amén de reducir en todo lo posible la liberación de contaminantes, hoy en día existe la necesidad de indagar en la búsqueda de procesos que aceleren la degradación de los contaminantes presentes en el ambiente. Así, se reducirían de forma progresiva los efectos perniciosos que producen sobre los ecosistemas y la salud humana.

INTRODUCCION

¿QUE Y CUANTO CONTAMINA?

El aumento de la población y el desarrollo industrial sin precedentes alcanzados hasta el siglo XXI han elevado la presencia de contaminantes sólidos, líquidos y gaseosos convencionales a niveles críticos. La consecuencia ha sido la aparición de problemas de contaminación que antes se desconocían y para los cuales la sociedad no estaba preparada.

Cada año, los efluentes agrícolas, residuos industriales y los accidentes industriales, contaminan las aguas superficiales, los suelos, el aire, las corrientes acuosas, y los reservorios.

Cerca de 1500 millones de toneladas de crudo son transportados anualmente en buques como carga, como combustible, o para otros usos. Una cantidad de crudo, relativamente pequeña, pero sustancial, nunca alcanza su destino siendo éste el medio ambiente marino como consecuencia de accidentes y derrames en operaciones de descarga (Peet, 1994)

Durante el pasado y presente siglo, la creciente explotación de petróleo ha traído consigo todo tipo de accidentes ecológicos que han dañado los ecosistemas acuáticos causando graves daños a la salud humana, a la vida silvestre y al ecosistema en general.

La industria química produce gran cantidad de compuestos xenobióticos, cuya estructura química difiere considerablemente de los compuestos orgánicos naturales. Algunos de estos compuestos xenobióticos, con grupos halógenos y nitrogenados, utilizados como propelentes, refrigerantes, disolventes, bifenoles policlorados(PCB),plásticos, detergentes, explosivos y plaguicidas, son resistentes (recalcitrantes) a la biodegradación.

Algunos de los xenobióticos más recalcitrantes sufren un proceso de biomagnificación en las redes tróficas. Este proceso se inicia con los microorganismos y causa la acumulación del xenobiótico en los niveles tróficos superiores, donde provoca graves daños ecológicos.

PROBLEMAS DE CONTAMINACION AMBIENTAL

CONTAMINACION DEL SUELO, AGUA Y AIRE

CONTAMINACION DEL AGUA MARINA

www.cco.gov.co/contmar1.htm

Desembocadura Río Mississipi en el Golfo de México-EE.UU. Fuente: www.earth.rice.edu • Por vertimientos directos: Directamente al mar se vierten residuos sólidos o y aguas residuales, producto de actividades en los buques, los puertos, zonas urbanizadas en áreas costeras y los fondos marinos.

CONTAMINACION DE SUELOS Y LA NAPA FREATICA

Ingreso de agua contaminada con crudo debido al elevado nivel freático (a 60 cm de profundidad).

PLUSPETROL – Trompeteros – LOTE 8. Iquitos

Suelo “normal” Suelo “contaminado”

0

30 cm

60 cm

La mayor cantidad de hidrocarburos totales se encuentran en la parte superior y disminuyen con la profundidad

Sub Suelo orgánico saturado de agua – con alto contenido de crudo -

0 5000 10000 15000 20000 mg/kg de TPH

Nivel freático

CONTAMINACION DE AGUAS POR MERCURIO

BIOTA EN EL AGUA QUE ES AFECTADA POR HIDROCARBUROS

LA BIOTA EN EL SUELO

CONTAMINACION POR CONTAMINACION POR RESIDUOS SÓLIDOS URBANOSRESIDUOS SÓLIDOS URBANOS

ACTIVIDAD MINERAACTIVIDAD MINERA

MINERIAMINERIA

IMPACTOS AL IMPACTOS AL AMTIENTEAMTIENTE

Suelos contaminados

Recursos hídricos contaminados

Canchas de relave

Desmontes

Rellenos sanitarios y vertidos industriales

Aire y gases residuales

Aspectos sociales

CONTAMINACION DEL AGUA Y SUELO POR LA AGRICULTURA Y GANADERIA

SustanciaSustancia Tiempo para la Tiempo para la desaparicióndesaparicióndel del 75 al 100%75 al 100%

InInsecticidas cloradossecticidas clorados  

DDTDDT 4 años4 añosAldrín Aldrín 33 años añosClordanoClordano 5 años5 añosHeptacloro Heptacloro 2 años2 añosLindanoLindano 3 años3 añosInsecticidas organofosforadosInsecticidas organofosforados::

   DiazinónDiazinón 12 semanas12 semanasMalatiónMalatión 1 semana1 semanaParatiónParatión 1 semana1 semana

HerbicidasHerbicidas::   2,4-D(ácido 2,4-diclorofenoxiacético)2,4-D(ácido 2,4-diclorofenoxiacético) 4 4 semanassemanas

2,4,5T(ácido2,4,5,triclorofenoxiacético)2,4,5T(ácido2,4,5,triclorofenoxiacético) 20 20 semanassemanasDalapín Dalapín 8 semanas8 semanasAtrazina Atrazina 40 semanas40 semanasSimazinaSimazina 48 semanas48 semanasPropazinaPropazina 1.5 años1.5 años

Plaguicidas en el sueloPlaguicidas en el suelo

PRINCIPALES CAUSAS DE CONTAMINACIÓN DEL AIRE: 

Emisiones del transporte urbano (CO, CnHn, NO, SO2, Pb) Emisiones industriales gaseosas (CO, CO2, NO, SOx) Emisiones Industriales en polvo (cementos, yeso, etc.) Basurales (metano, malos olores). Quema de basura (CO2 y gases tóxicos) Incendios forestales (CO2) Fumigaciones aéreas (líquidos tóxicos en suspensión). Derrames de petróleo (Hidrocarburos gaseosos). Corrientes del aire  y relación presión/temperatura

BIORREMEDIACION

BIOTECNOLOGIABIOTECNOLOGIA

“Es la integración de ciencias naturales e ingeniería para llevar a cabo la aplicación de organismos, células, partes de las mismas y análogos moleculares en productos y servicios”

BIOTECNOLOGIA AMBIENTALBIOTECNOLOGIA AMBIENTAL

Aplicación de la Biotecnología en aspectos mediambientales:* Seguimiento de la Contaminación (biosensores, biomarcadores)* Tratamiento de los residuos (origen doméstico, agrícola, industrial)* Tratamiento de lugares y vías fluviales ya contaminados (Biorremediación)* Prevención de la Contaminación (uso se microorganismos o enzimas, plantas, biocombustible, plasticos biodegradables,

Aplicación específica de la Biotecnología al tratamiento de problemas medioambientales, incluyendo el tratamiento de aguas, el control de la contaminación y su integración con tecnologías no biológicas.

BIOTECNOLOGIA BIOTECNOLOGIA AMBIENTALAMBIENTAL

“Es la aplicación de estos procesos a la protección y restauración de la calidad del medio ambiente”

BIORREMEDIACIONBIORREMEDIACION

BIORREMEDIACIONBIORREMEDIACION

La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) define biorremediación como "el proceso en el que microbios, típicamente bacteria o hongos, degradan químicos peligrosos a compuestos menos tóxicos o no tóxicos".

Biorremediación es el uso de organismos vivos, componentes celulares y enzimas libres, con el fin de realizar una mineralización de compuestos contaminantes.

Biorremediación

La biorremediaciónLa biorremediación es la utilización de tecnologías mediante las cuales se estimula la biodegradación del contaminante o la capacidad de recuperación del ecosistema mediante procesos biológicos, al objeto de minimizar las consecuencias de un contaminante. Estos procesos de biodegradación pueden ser llevados a cabo por la microbiota autóctona de la zona contaminada o por microorganismos adicionados al efecto, en ambos casos, lo que se consigue es una biotransformación de sustancias peligrosas en sustancias menos tóxicas o inocuas.

Bacterias

Remoción o destrucción de contaminantes

por

Organismo vivos o sus enzimas producidas

como

HongosPlantasProtozoarios Algas

¿QUE ES BIORREMEDIACION?

Es el manejo ecológico integral, que el hombre concientemente proyecta con el fin de aplicar soluciones viables y sostenibles encaminadas a la recuperación y preservación de un ecosistema degradado, combinando para ello las potencialidades que le brindan sus conocimientos y la capacidad que tienen algunos organismo vivos de ayudar a la recuperación del medio ambiente.

Biorremediación

La contaminación ambiental puede ser disminuida con la tecnología de biorremediación . Como en muchas enfermedades, se requiere evaluar cada caso para dar un remedio. La biorremediación de diferentes contaminantes deberá estar basada en el tipo de químico presente, el uso de organismos y el desarrollo de las condiciones ambientales más importantes. Requiere de un equipo multidisciplinario, donde su base principal es la microbiología. Para desarrollar un plan de biorremediación efectivo, costeable y ambientalmente seguro, es necesario tener un conocimiento de la ecología y de la evolución de las poblaciones microbianas degradativas.

La biorremediación le da una mano al medio ambiente en el mejoramiento de los ecosistemas dañados, acelerando dichos procesos naturales. Lo que hacen los microorganismos es degradar los desechos en productos menos tóxicos, además de concentrar e inmovilizar sustancias tóxicas, metales pesados; minimizar desechos industriales y rehabilitar áreas afectadas con diversos contaminantes.

¿Hay que darle una mano a la Naturaleza?

APLICACIONESAPLICACIONES

ANTECEDENTES HISTÓRICOS DE LA ANTECEDENTES HISTÓRICOS DE LA BIORREMEDIACIÓN BIORREMEDIACIÓN

A mediados del siglo XX se desarrollaron las primeras investigaciones encaminadas a estudiar el potencial de los microorganismos para biodegradar contaminantes (Zobell, 1946; Davis, 1956). Este “uso” intencionado recibió entonces el nombre de biorremediación biorremediación ("("bioremediationbioremediation")."). 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 aire y peróxidos para suministrar oxígeno a las zonas contaminadas mejorando la eficiencia de los procesos degradativos. Durante los años 90 el desarrollo de las técnicas de "air sparging" (burbujeo de oxígeno) hizo posible la biorremediación en zonas por debajo del nivel freático. Al mismo tiempo, la implementación en la práctica de aproximaciones experimentales en el laboratorio permitió el tratamiento de hidrocarburos clorados, los primeros intentos con metales pesados, el trabajo en ambientes anaerobios, etc. Paralelamente, se desarrollaron métodos de ingeniería que mejoraron los rendimientos de las técnicas más populares para suelos contaminados ("landfarming", "composting", etc.) (Riser-Roberts, 1998).

En la actualidad, la biorremediación enfrenta un nuevo reto: el de convencer a las compañías y a los organismos oficiales de su alto potencial. En algunos países, la biorremediación fue una técnica poco reconocida y marginada, hoy en día se ha convertido en una verdadera industria. Esta “industria” busca seguir mejorando en sus líneas interdisciplinares, que se pueden resumir en los siguientes puntos:

Integración en el proceso de técnicas innovadoras que ayuden a comprender y controlar los fenómenos de transporte de nutrientes y otros posibles aditivos.

Desarrollo de técnicas rápidas de biología molecular que permitan caracterizar las poblaciones indígenas de los emplazamientos contaminados así como su potencial enzimático (Theron y Cloete, 2000; Watanabe, 2001).

Exploración de las implicaciones del concepto de biodisponibilidad ("bioavailability") definido por las propiedades físico-químicas de los contaminantes. Se trata de un factor que en muchos casos está limitando la biodegradación y en otros reduciendo la toxicidad de los contaminantes.

Desarrollo definitivo de técnicas de bioaumentación realmente útiles (Major et al., 2002).

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA BIORREMEDIACIÓN

Ventajas

•Mientras que los tratamientos físicos y buena parte de los químicos están basados en transferir la contaminación entre medios gaseoso, líquido y sólido, en la biorremediación se transfiere poca contaminación de un medio a otro.

•Es una tecnología poco invasiva y generalmente no requiere componentes estructurales o mecánicos que signifiquen una amenaza para el medio.

Comparativamente, es económica viable y al tratarse de un proceso natural, suele tener aceptación por parte de la opinión pública.

Desventajas

•La biodegradación incompleta puede generar intermediarios metabólicos inaceptables, con un poder contaminante similar o incluso superior al producto de partida y algunos compuestos contaminantes son tan resistentes que pueden incluso inhibir a biorremediación.

•Es difícil predecir el tiempo de requerido para un proceso adecuado y el seguimiento y control de la velocidad y/o extensión del proceso es dispendioso.

Es muy amplio, pudiendo considerarse como objeto cada uno de los estados de la materia (Atlas y Unterman, 1999):

SólidoSólido. Con aplicaciones sobre medios contaminados como suelos o sedimentos, o bien directamente en lodos, residuos, etc.

LíquidoLíquido.. Aguas superficiales y subterráneas, aguas residuales.

GasesGases. Emisiones industriales, así como productos derivados del tratamiento de aguas o suelos.

AMBITO DE APLICABILIDADAMBITO DE APLICABILIDAD

También se puede realizar una clasificación en función de los contaminantes con los que se puede trabajar (Alexander, 1999; Eweis et al., 1999):

Hidrocarburos de todo tipo (alifáticos, aromáticos, BTEX, PAHs,...).

Hidrocarburos clorados (PCBs, TCE, PCE, pesticidas, herbicidas,...).

Compuestos nitroaromáticos (TNT y otros).

Metales pesados. Estos no se metabolizan por los microorganismos de manera apreciable, pero pueden ser inmovilizados o precipitados.

Otros contaminantes. Compuestos organofosforados, cianuros, fenoles, etc.

Requerimientos de la biorremediación:

Interrelación de Componentes que Determina el Éxito de Bioremediación

Sustrato(Contaminante)

Medio AmbienteMicroorganismos

(Requisitos Fisiológicos)

Bioaugmentaciónañadir

microorganismos

Surfactantes, Cosolventes,

Quelatos

NutrientesN, P,

vitaminas

Aceptores de electrones

O2, NO3-

FactoresAmbientalesH2O, T, pH

Donadores de Electrones/Cosustratos

H2/CH4

Procesos de biorremediación

BIORREMEDIACIÓN “IN SITU”

Este tipo de tratamiento normalmente es la opción más adecuada para la recuperación de suelos, ya que no es necesaria la preparación y excavación del material contaminado. No obstante, antes de decidir el tipo de tratamiento deben valorarse numerosos factores entre los que se destacan:

• Impacto ambiental en la zona. • Actividades industriales que pueden verse afectadas. • Costos comparativos con otros tratamientos. • La dificultad de acceso a la zona contaminada para proveer de oxígeno y nutrientes. • La determinación del porcentaje de tratamiento. • La velocidad del proceso. • El potencial peligro de extensión de la contaminación.

El método de la biorremediación “In Situ” de suelos se puede dividir en dos tipos: tratamiento de compuestos volátiles y tratamiento de compuestos semivolátiles y no volátiles.

Las técnicas más usadas son: • Bioventeo o Bioaireación o Bioventing• Inyección de aire a presión o Biosparging• Atenuación natural• Bioestimulación• Bioaumentacion

Bioventing o inyección de aireConsistente en la ventilación forzada del suelo mediante la inyección a presión de oxígeno (aire) en la zona no saturada del suelo a través de pozos de inyección. Debido a la aireación del suelo se va a favorecer la degradación de los hidrocarburos por dos motivos: por volatilización, facilitando la migración de la fase volátil de los contaminantes, y por biodegradación, ya que al incrementar la

oxigenación del suelo se van a estimular la actividad bacteriana.

Los factores a tener en cuenta en la aplicación del bioventing o inyección de aire natural son:

– Se degradarán más fácilmente las moléculas más pequeñas (hasta C20), siendo más fácilmente biodegradables los compuestos parafinados o de cadena lineal que los compuestos aromáticos. En general, son favorables los compuestos de alta volatilidad (presión de vapor mayor de 10 mm de Hg a 20ºC).

– Los suelos deben contener bajos contenidos en arcilla y ser lo más homogéneamente posible, con un valor de permeabilidad al aire adecuado (> 10-10 cm2).

– El principal problema es la biodisponibilidad de los microorganismos. Cuanto menor es la solubilidad de los contaminantes menor será la biodisponibilidad.

– Los aportes de oxígeno deben ser suficientes, así como la existencia de fuentes de carbono, aceptores de electrones y energía suficientes.

– No debe existir de producto libre en flotación sobre el nivel freático.

– Deben existir unas condiciones óptimas de pH (6 y 8), de humedad (12-30% en peso), potencial redox mayor de -50 mV, temperatura entre 0 y 40 ºC y los nutrientes del suelo en relación N:P de 10:1.

– Necesidad de tiempos de actuación cortos (meses) y coste medio-alto.

BioventingBioventing

Biosparging o Inyección de aire a presión

Consiste en inyectar aire a presión en la parte inferior para deslazar el agua de los espacios intersticiales de la matriz del suelo. Esta inyección genera principalmente dos efectos:

1. El aire inyectado absorbe gran cantidad de los hidrocarburos volátiles presentes en el agua y el suelo.

2. El aire eleva los niveles de oxígeno del agua mejorando la biodegradación de los contaminantes (Matthews, 1993).

Con la inyección de aire a presión se llevan a cabo dos mecanismos de remoción del contaminante, la volatilización de compuestos de la zona insaturada y la fase acuosa y la biodegradación. El mecanismo gobernante depende de las características de los contaminantes.

Atenuación NaturalAtenuación Natural In situ de bajo costo.In situ de bajo costo. Procesos físico químicos de Procesos físico químicos de

interacción contaminante suelo y interacción contaminante suelo y procesos de biodegradación de procesos de biodegradación de forma natural en el medio forma natural en el medio (biotransformación natural).(biotransformación natural).

Su característica principal es la utilización de los procesos fisicoquímicos de interacción contaminante-suelo y los procesos de biodegradación que tienen lugar de forma natural en el medio. Estos procesos se conocen como procesos de biotransformación natural que van a reducir la concentración de los contaminantes y entre los que se encuentran la dilución, dispersión, volatilización, adsorción, biodegradación y aquellas reacciones químicas que se producen en el suelo y que contribuyen de alguna forma a la disminución de la contaminación. Esta técnica se aplica en aquellos casos en los que exista contaminación producida por hidrocarburos de tipo halogenado o no halogenado. La atenuación natural puede darse en presencia (condiciones aeróbicas) o ausencia de oxigeno (condiciones anaeróbicas). En presencia de oxígeno los microorganismos convierten en última instancia los contaminantes en dióxido de carbono, agua y masa celular microbiana (mineralización). En el caso de escasez de oxígeno, los microorganismos dependen de otros aceptores de electrones disponibles (nitrato, sulfato, formas oxidadas de Fe o Mn,...). Se trata de una biodegradación anaerobia, cuyos mecanismos y significado se están comenzando a comprender en los últimos años (Heider et al., 1999).

ATENUACION NATURALATENUACION NATURAL

Atenuación NaturalAtenuación Natural

Su característica principal es la utilización de los procesos físico-químicos de interacción contaminante-suelo y los procesos de biodegradación que tienen lugar de forma natural en el medio. Estos procesos se conocen como procesos de biotransformación natural

ATENUACION NATURALATENUACION NATURAL

Biorremediación intrínseca: se deja que el propio ambiente natural resuelva el problema si se determina que en el propio ambiente hay las poblaciones y condiciones optimas( temperatura, pH, nutrientes etc...). Aún así se sigue un control para asegurarse que no se producen compuestos tóxicos secundarios.

Factores de atenuación naturalFactores de atenuación natural Exige protección y riesgo de potenciales Exige protección y riesgo de potenciales

receptores durante tiempo de atenuación.receptores durante tiempo de atenuación. Existencia de condiciones geológicas y Existencia de condiciones geológicas y

geoquímicas favorables.geoquímicas favorables. Necesidad de reducción de masa en intervalo Necesidad de reducción de masa en intervalo

razonable de tiempo en superficie y razonable de tiempo en superficie y subsuperficie.subsuperficie.

Confirmación de existencia de tipo y número de Confirmación de existencia de tipo y número de poblaciones de microorganismos que puedan poblaciones de microorganismos que puedan biodegradar contaminantes.biodegradar contaminantes.

No existencia de producto libre en flotación.No existencia de producto libre en flotación. Concentración de oxígeno disuelto en agua .Concentración de oxígeno disuelto en agua .

Bioestimulación Consiste en la estimulación de las poblaciones microbianas indígenas existentes en el suelo mediante la adición de nutrientes, regulación de condiciones redox, cambio de pH, u otras condiciones diversas sobre las que se puede influir.En este sistema, el agua subterránea es conducida a la superficie por medio de un sistema de pozos de extracción, se acondiciona en un reactor para volverla a inyectar y estimular la degradación bacteriana de los contaminantes del subsuelo y del acuífero. En el reactor en superficie se agregan al agua: nutrientes, oxígeno, microorganismos previamente seleccionados y adaptados, y el efluente se retorna al subsuelo por medio de pozos de inyección, aspersores superficiales o galerías de infiltración distribuidas a lo largo y ancho del sitio que se requiere remediar. Algunas veces esta técnica utiliza biosurfactantes para ayudar al lavado de contaminantes del suelo (Zitrides, 1990); (Cole, 1994).

Las características determinantes en la selección, el éxito o el fracaso de esta técnica de remediación son:

Tipo de sueloTipo de suelo. Los suelos deben ser lo más homogéneos posible, con un valor de porosidad y permeabilidad al aire adecuado (> 10-10 cm2).

Deben existir unas condiciones óptimas de pH (6 y 8), de humedad (12-30% en peso), temperatura entre 0 y 40 ºC y los nutrientes del suelo en relación N:P de 10:1.

Ventajas.

Esta técnica es muy útil en el tratamiento de extensas zonas contaminadas de centros industriales donde no es posible o conveniente parar el proceso operativo para realizar el tratamiento requerido.

Bioaumentación

Otras líneas de investigación han llevado a la introducción de microorganismos aclimatados o incluso modificados genéticamente en el medio, con el fin de mejorar la biodegradación (Walter, 1997; Atlas y Unterman, 1999). Esta técnica funciona en condiciones de laboratorio o bioreactor, pero en ambientes externos (suelo o agua) su implantación depende de una serie de factores (Alexander, 1999).

Presencia de toxinas, nutrientes y condiciones ambientales, movilidad y/o distribución de los microorganismos y la presencia de abundante materia orgánica.

Los microorganismos añadidos deben sobrevivir a los depredadores y competir con éxito con la población autóctona antes de ocupar los nichos potenciales.

En general, los ambientes más selectivos y la utilización de consorcios microbianos favorecen la bioaumentación.

Ventajas.

No requiere área adicional para llevar a cabo el tratamiento, ni el uso de maquinaria pesada.

Desventajas. El tamaño de la población de microorganismos degradadores crece rápidamente como respuesta a la contaminación del medio y es muy difícil, si no imposible.

BIORREMEDIACION ¨ex situ¨

BIORREMEDIACIÓN “EX SITU”

Dos son los tratamientos que se distinguen cuando el procedimiento se realiza fuera del lugar donde está la contaminación: tratamiento por vía sólida y tratamiento por vía suspensión. La biorrecuperación vía sólida se puede realizar por dos métodos: tratamiento en lechos y tratamiento por compostaje. La diferencia fundamental entre ambos es el sistema de aireación, mientras que en el primero sólo se pueden tratar las capas de suelo menos profundas, en el compostaje se requiere la formación de grandes apilamientos de material degradable. En el tratamiento vía suspensión se excava el material contaminado y se traslada a un reactor. La característica de este método es la suspensión en un medio acuoso del suelo contaminado, es decir, el tratamiento se lleva a cabo bajo condiciones de saturación de agua. La ventaja de estos procedimientos frente a los primeros radica en la posibilidad de optimizar mejor los parámetros microbiológicos, así como el control del proceso; a cambio, lógicamente, de un mayor costo.

Bioceldas o biopilas

Es un tratamiento de biorremediación en condiciones no saturadas, que consiste en la reducción de la concentración de contaminantes derivados del petróleo en suelos excavados mediante el uso de la biodegradación a partir de la construcción de un sistema cerrado que permita controlar lixiviados, hidrocarburos volátiles y algunas variables de diseño mediante el suministro de nutrientes y oxígeno a través de la pila del suelo. La técnica consiste en la formación de pilas de material biodegradable de dimensiones variables, formadas por suelo contaminado y materia orgánica (compost) en condiciones favorables para el desarrollo de los procesos de biodegradación de los contaminantes. En el fondo de la pila el sistema cuenta con un aislante que generalmente son geomembranas o canales plásticos para el control de lixiviados. Estas pilas de compost pueden ser aireadas de forma activa, volteando la pila, o bien de forma pasiva, mediante tubos perforados de aireación, con distribución permanente de nutrientes, microorganismos y aire. En principio, las biopilas se pueden aplicar a la mayoría de los compuestos orgánicos, siendo más eficaz en los compuestos de carácter más ligero.

BiopilasBiopilas Ex situ en condiciones no saturadasEx situ en condiciones no saturadas Suelos excavadosSuelos excavados Formación de pilas de material Formación de pilas de material

biodegradable (suelo contaminado + biodegradable (suelo contaminado + materia orgánica)materia orgánica)

Esquema de la biopilaEsquema de la biopila

Sistema de Biopilas alargadasSistema de Biopilas alargadas

Sistema de biopilas estáticasSistema de biopilas estáticas

Diseño y aplicación de sistemas de Diseño y aplicación de sistemas de BiotratamientoBiotratamiento

1.1. Fase de investigación y caracterización Fase de investigación y caracterización de la contaminación y del de la contaminación y del emplazamiento.emplazamiento.

2.2. Análisis y elección de la medida Análisis y elección de la medida biocorrectiva.biocorrectiva.

3.3. Diseño y evaluación del sistemaDiseño y evaluación del sistema4.4. Control y seguimientoControl y seguimiento5.5. Análisis e interpretación de resultados.Análisis e interpretación de resultados.

Características de los microorganismos Características de los microorganismos biodegradadoresbiodegradadores

Casi todos son eubacterias.Casi todos son eubacterias. Poseen actividades de peroxidasas y oxigenasasPoseen actividades de peroxidasas y oxigenasas.. La oxidación subsecuente cambia las propiedades de La oxidación subsecuente cambia las propiedades de

los compuestos, haciendolos susceptibles de ataques los compuestos, haciendolos susceptibles de ataques secundarios y facilitando su conversión a bióxido de secundarios y facilitando su conversión a bióxido de carbono y agucarbono y agua.a.

BacteriasAchrornobacterAcinetobacterActinomycesAeromonasAlcaligenesArthrobacterBacillusBeneckeaBrevebacteriumCoryneformsErwiniaFlavobacteriumKlebsiellaLactobacillus

LeumthrixMoraxellaNocardiaPeptococcusPseudomonasSarcinaSpherotilusSpirillumStreptomycesVibrioXanthomyces

HongosAllescheriaAspergillusAureobasidiumBotrytisCandidaCephalosporiumCladosporiumCunninghamellaDebaromycesFusariumGonytrichumHansenulaHelminthosporiumMucor

OidiodendrumPaecylomysesPhialophoraPenicilliumRhodosporidiumRhodotorulaSaccharomycesSaccharomycopisisScopulariopsisSporobolomycesTorulopsisTrichodermaTrichosporon

Todos los ecosistemas acuáticos y marinos contienen algún tipo de microorganismosdegradadores de petróleo

Degradación de Degradación de Hidrocarburos por Hidrocarburos por diversos Tipos de diversos Tipos de

BacteriaBacteria

FITORREMEDIACIONFITORREMEDIACION

FITOREMEDIACIONFITOREMEDIACION

Uso de la capacidad de algunas Uso de la capacidad de algunas plantas para acumular los plantas para acumular los tóxicos que contaminan el suelo tóxicos que contaminan el suelo y las aguasy las aguas

El término fitorremediación El término fitorremediación es asociado con el uso es asociado con el uso potencial de especies potencial de especies hiperacumuladorashiperacumuladoras

Arabidopsis thaliana, una pequeña hierba que es capaz de hiperacumular cobre y zinc.

El girasol (Heliantus anuus) es capaz de absorber en grandes cantidades el uranio depositado en el suelo

Amaranthus retroflexus ha mostrado ser 40 veces más efectiva que sus competidoras en absorber el amenazador cesio-137 radiactivo

Pteris vittata , un helecho que ha demostrado recientemente ser capaz de absorber el peligroso arsénico, siendo capaz de concentrarlo hasta 200 veces respecto al suelo de donde lo toma

MECANISMOS DE FITORREMEDIACIONMECANISMOS DE FITORREMEDIACION

Modelo conceptual de las interacciones de suelo, planta (mecanismos) y microorganismos para la biodegradación de las moléculas orgánicas xenobióticas,(modificado de Crowley et al. 1997)

Microorganismos degradadores

de toxinas

Toxina

Tipos de fitorremediación, en donde se indica la zona de la planta en donde ocurre el proceso.

Tipos de Tipos de fitorremediaciónfitorremediación

Rizosfera

La rizosfera es una región de aproximadamente 3mm, muy activa química y biológicamente donde interactúan las raíces y los microorganismos. Aca se producen exudados radiculares que atraen a los microorganismos

RizosferaRizosfera

Se liberan de las raíces Se liberan de las raíces compuestos compuestos fotosintetizados:fotosintetizados:

- azúcares, azúcares, - aminoácidos, aminoácidos, - ácidos orgánicos, ácidos orgánicos, - ácidos grasos, ácidos grasos, - esteroles, esteroles, - flavonoides, flavonoides, - enzimasenzimas

Región de suelo inmediatamente adyacente a las raíces de las plantas (Frick et al., 1999).

o Se favorecen crecimiento y actividad metabólica de microorganismos permitiendo la biodegradación de compuestos contaminantes (USEPA, 2000).

o La densidad de bacterias presentes en la rizosfera es dos a cuatro veces mayor que en otras zonas del suelo (Alkorta et al., 2001).

o La biodegradación en la rizosfera también se estimula por la mayor aireación y contenido de humedad que brindan las raíces, así como, por la liberación de enzimas en los exudados radiculares.

exudados radiculares.

C1

CCC Microorganismos

de la rizosfera

CCBiodegradación

Productos intermedios

Cometabolismo

SUELOS AGUASAGUAS

FITOESTABILIZACION

FITOINMOBILIZACION

FITOEXTRACCION

FITOVOLATILIZACION

FITODEGRADACION

RIZOFILTRACION

BARRERAS HIDRAULICAS

CUBIERTAS VEGETATIVAS

HUMEDALES ARTIFICIALES

APLICACIONES DE LA FITOREMEDIACION

Procesos de fitoremediación de suelos y aguas

Productos que pueden ser tratados Productos que pueden ser tratados con fitoremediacióncon fitoremediación

Productos inorganicos

Metales tóxicos

radionucleidos

Productos orgánicosSolventes clorados

Explosivos

Hidrocarburos de petróleo

pesticidas

DESCONTAMINACION DE EMISIONES GASEOSAS DESCONTAMINACION DE EMISIONES GASEOSAS

Tecnologías para la eliminación de gases contaminantes

Tecnologías fisicoquímicas

ADSORCIÓN

ABSORCIÓN

CONDENSACION

OXIDACION TOTAL (INCINERACIÒN)

Tecnologías biológicas

BIOFILTRACIONBIOFILTRACION

BIOFILTRACIONEl proceso de biofiltraciónbiofiltración se basa en la acción beneficiosa de los microorganismos, los cuales metabolizan contaminantes volátiles orgánicos e inorgánicos, esto se lleva a cabo pasando por un medio orgánico conocido como empaque o medio de empaque, el cual se encuentra dentro de la estructura del biofiltro. Con un monitoreo y control de las propiedades del flujo de entrada, el flujo de gas de salida, así como el crecimiento microbiano, muchos compuestos pueden realizar su biodegradación de una forma completa, efectiva y a bajo costo.

Este grupo de tratamientos biológicos emplea microorganismos que llevan a cabo la degradación de las sustancias contaminantes de las fuentes emisoras, normalmente mediante procesos oxidativos. Prácticamente todas las sustancias son biodegradables, pero a la hora de elegir un tratamiento biológico, lo importante es estudiar si la velocidad de degradación de las sustancias contaminantes emitidas es lo suficientemente elevada como para que el proceso resulte verdaderamente eficientes.

ELIMINACION DE CONTAMINANTES AEREOS MEDIANTE FILTROS BIOLOGICOS

SUSTANCIA PORCENTAJE ELIMINADO

Sulfuro de hidrógeno > 99

Sulfuro de dimetilo > 91

Terpeno > 98

Gases organosulfurados > 95

Etilbenceno > 92

Tetracloroetileno > 86

Clorobenceno > 69

Nitrobenceno > 95

BTX (benceno, tolueno, xileno) > 95

Metanol > 98

Estireno > 90

Formaldehido > 95

Evaluación de Especies de la Flora como Agentes de Descontaminación de Aire de Interiores

De varias plantas estudiadas contra benceno usado como referente por 24 horas, las más efectivas fueron Pelargonium domesticum (elimina 95% de benceno), Kalanchoe blossfeldiana (elimina 85%), Saxifraga stolonifera (elimina 41%) y Magnesia (elimina 25%).Eliminación de benceno y tricloroetileno (TCE) en presencia de planta, se estableció que para un período de 8 horas de exposición hay apreciable efectividad para Gomero (60.8% benceno; 30.4% TCE), Kalanchoe (76.8% benceno; 21.1% TCE), y Mala Madre (29.4% benceno; 47.6% TCE

El gomero o Ficus robusta Saxifraga stolonifera

Biopilas de compostaje para Biopilas de compostaje para recuperar suelos contaminados recuperar suelos contaminados

por hidrocarburospor hidrocarburos Biopilas, se refiere a la formación de Biopilas, se refiere a la formación de

montículos del material a ser montículos del material a ser biotratado mediante la adición de biotratado mediante la adición de nutrientes y aire en pilas. nutrientes y aire en pilas.

Composteo, adición de material Composteo, adición de material orgánico a las biopilas.orgánico a las biopilas.

VentajasVentajas Los contaminantes son destruidos, reduciendo la Los contaminantes son destruidos, reduciendo la

toxicidad del sistema.toxicidad del sistema. Relativamente fáciles de diseñar y construirRelativamente fáciles de diseñar y construir Requiere de menor inversiónRequiere de menor inversión No requiere de un confinamiento posteriorNo requiere de un confinamiento posterior

HPAs de 5 ó 6 anillos presentan resistencia a la HPAs de 5 ó 6 anillos presentan resistencia a la degradación.degradación.

No se aplica a concentraciones >50,000 mg de No se aplica a concentraciones >50,000 mg de TPH/Kg sueloTPH/Kg suelo

Presencia de metales pesados (>2,500 mg/Kg suelo)Presencia de metales pesados (>2,500 mg/Kg suelo)

LimitacionesLimitaciones

En general, la contaminación de suelos, agua y aire por productos, compuestos o desechos orgánicos de la industria petrolera pueden ser tratados y recuperados ecológicamente con la biorremediación, basada en la estimulación de los organismos apropiados.

1. Los plásmidos de bacterias

Los plásmidos de bacterias Episoma: Si el plásmido posee la

capacidad de insertarse en el cromosoma bacteriano se le denomina episoma. Dentro de este grupo de plásmidos se encuentran los factores de fertilidad o plásmidos F, que regulan el proceso de conjugación bacteriana..

2. Conjugación, sexducción y plásmido R

Conjugación, sexducción y plásmido R

El plásmido F contiene 25 genes que controlan la producción de los pilis. Los pili se observan prácticamente solo en bacterias Gram negativas y solo escasos organismos Gram-positivos los poseen.El plásmido R confiere, a las células que lo poseen, resistencia a los antibióticos o drogas. Un plásmido R puede llegar a tener hasta 10 genes que confieren resistencia y pueden transferirse a otra bacteria por la conjugación. El plásmido R pueden también ser transmitidos por virus, por ejemplo el fago P1: un error de encapsidation del fago P1 permite la integración del plásmido en el capside.

3. estructura de los plásmidos