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Estrategias de biorremediación de hidrocarburos (página 2)




Enviado por syanez



Partes: 1, 2

III. Tipo de
biorremediación

III.a. Bioestimulación.

Un ejemplo de lo anterior son las investigaciones
de Cunningham et al. (2001) en sedimentos de un
acuífero en Seal Beach. California, EUA. contaminados con:
benceno, tolueno, etilbenceno y xileno (BTEX). Los sedimentos se
enriquecieron con nitrato y/ó sulfato + nitrato. El
nitrato y el sulfato estimularon la mineralización d
benceno; pero el sulfato en aerobiosis no en el caso del
etilibenceno, y en anaerobiosis sí. (Cunningham et
al.
, 2000, 2001); Margesin y Schinner (2001) enriquecieron
con nutrientes esenciales (N-P-K: 15-15-15) un suelo podzolico
alpino contaminado con diesel y lo compararon contra la
mineralización del diesel en el suelo durante 3 veranos.
Donde los autores reportaron contra la mineralización del
diesel en el suelo con nutriente se redujo en un 50 ± 4% y
sin nutrientes en un 30± 2%. Pruebas de
eliminación con diversos HC contaminantes in Vitro
demuestran la capacidad mineralizadora de los consorcios
microbianos.

Passman et al. (2001) investigaron el
efecto del enriquecimiento con nutrientes esenciales sobre la
oxidación de gasolina por un consorcio microbiano a nivel
de microcosmos. Los autores reportaron una disminución del
67% aproximadamente de los compuestos oxigenados de la gasolina
comparado con el control el cual
no contenía nutrientes, y una transformación de
isoparafinas y/o parafinas a alquilparafianas.

Vinas et al., (2002) aislaron 3 consorcios
microbianos degradadores de: petróleo residual (F1AA); de diesel (TD) y
de una mezcla de aromáticos policíclicos (AM) de un
suelo. En las pruebas in Vitro se demostró que la
fracción saturada se degradó en un 60% por F1AA; en
un 48% con TD y en un 34% con AM, en función de
la fuente de carbono
aplicada en el enriquecimiento. Los consorcios F1AA y TD
eliminaron al 100% los n-alcanos y los
ramificados, la AM eliminó solo el 9%. La efectividad de
la biorremediación en la fracción
poliaromática fue de 19% por los AM, de un 11% con TD, y
de un 7% por F1AA. Lo que indica diversa capacidad
biológica en la biota para eliminar HC.

Riis, 1995 evaluó la capacidad de
mineralización de consorcios microbianos aislados de
suelos
contaminados y sin contaminar enriquecidos con nutrientes
esenciales en 5 productos
refinados y 4 aceites minerales in
Vitro.
El diesel se mineralizó en un 95%, los
refinados de alto punto de ebullición y los
extraídos de suelo contaminado se degradaron entre 40-60%
con respecto al control sin nutrientes.

Ghazali et al., (2004) investigaron la
biorremediación in Vitro de un suelo contaminado
con diesel, petróleo
crudo y aceite de
motor, por
mezclas de
bacterias
degradadotas de HC [C]:3 bacterias y C2:6 baterías,
enriquecidas con nutrientes. La mezcla C2 de Bacillus y
Pseudomonas spp., fue más eficiente en la
remoción de alcanos de cadena media y larga, y los autores
reportaron la mineralización del 100% de alcanos a los 30
días del tratamiento comparado con la mezcla
C1.

Capella et al., (2001) investigaron la
biorremediación de HC por un consorcio microbiano nativo a
nivel de biorreactor en cultivo por lote. La concentración
de HC totales se redujo en un 70% con respecto al control sin
solución mineral. Los HC saturados y aromáticos
fueron degradados en un 70 y 60% respectivamente.

Se han aislado microorganismos de los ambientes
naturales, que en cultivo axénico y el enriquecimiento con
soluciones
minerales se estimula su capacidad degradativa para eliminar
ciertos contaminantes, como lo demuestran los reportes de
investigaciones in Vitro de: Palittapongampim et
al
., (1998) investigaron la capacidad degradativa de 5
microorganismos: 3 bacterias y 2 levaduras, aislados de un suelo
agrícola contaminado con petróleo crudo ligero, en
un medio mineral con aceite crudo (0.5% v/v) como fuente de
carbono. De los aislados Candida tropicales 15Y, redujo en
un 87.3% la concentración del petróleo total y en
un 99.6% la de n-alcanos en 7 días a
25.2°C.

La inoculación de Rhodococcus y
Pseudomonas a un medio mineral, combustible y diesel
aumentó la mineralización de estos contaminantes.
Sin embargo el incremento en el número de microorganismos,
no estimuló la mineralización, lo que indica que la
estabilidad de las poblaciones depende del tipo de
microorganismos que lo compone. (Baryshnikoba et al.,
2001).

III.b Bioaumentación.

Estrategia de
biorremediación en la cual se inoculan en suelo y/ó
agua
microorganismos autóctonos ó modificados por
ingeniería
genética que mineralizan HC, estimulados por el
enriquecimiento con nutrientes esenciales. L actividad de los
microorganismos inoculados depende de factores
abióticos como: el pH, la
temperatura,
la solubilidad, la concentración y complejidad de los HC y
de los nutrientes, y de factores
bióticos como: la depredación, el parasitismo y
la competencia por
la población microbiana nativa, que disminuye
la densidad de la
microbiota introducida (Walter, 1997). Ejemplo de lo anterior son
las investigaciones en suelos agrícolas contaminados con
diesel a donde se adicionaron microorganismos de la composta y d
lodos activados, los cuales incrementaron la
mineralización de diesel (Namkoong et al., 2002).
Pruebas con diversos HC contaminantes in Vitro demuestran
la capacidad mineralizadora de los consorcios microbianos
nativos. Singer et al., (2000) investigaron el efecto de
la inoculación de 2 especies bacterianas primero
cultivadas en carvona, ácido salicílico y
detergente, en la biorremediación de un suelo contaminado
con bifenilos policlorados (BPC), el resultado fue la
degradación de los BPC en un 55-59% con respecto al suelo
control sin inocular bacterias. Lucas et al., (2003),
investigaron la biodegradación natural de gas en un suelo
antártico por bioaumentación y
bioestimulación de la microbiota nativa in Vitro.
La primera con la cepa psicrotolerante (B-2-2), la cual
mineralizó los HC en un 75%. El enriquecimiento con
nitrógeno y fósforo a altas concentraciones
inhibió el crecimiento microbiano. Los resultados
demuestran que la biota nativa del suelo antártico tiene
la capacidad de degradar algunos componentes del contaminante y
que la bioaumentación es una estrategia factible para
mejorar la biorremediación.

Gallego et al., (2003) estudiaron la
degradación de una mezcla de: 2-clorofenol, fenol y
m-cresol por cultivos axénicos y mezclas de
microorganismos nativos en un biorreactor por cultivo en lote y
continuo. Los HC individuales se mineralizaron al 100% por los
cultivos axénicos a las 27h., la mezcla de 2-clorofenol
(100mg/l-1), fenol (50mg/1-1), y m-cresol
(50mg/1-1), fue mineralizada por el consorcio
microbiano en un 99.8% en el reactor por lote y continuo a las
36h. lo que indica que la mineralización los contaminantes
fue debido a la actividad concertada de los diferentes
microorganismos del consorcio.

IV. Factores que
influyen en la biorremediación

IV.a. Concentración de los
hidrocarburos

Un factor fundamental limitante es la
concentración de los productos contaminantes de los HC en
aguas y suelos. Su elevada concentración impide la
actividad de la microbiota nativa (Admón. et al.,
2001), y es por tanto necesario una remoción mecánica, sin la cual no es posible
realizar ninguna operación por vía
biológica.

Cuando no se realiza la remoción mecánica no se logra resultados positivos
como los que reportaron Seklemova et al., (2001) al
estudiar el efecto del enriquecimiento con nutrientes minerales
sobre la actividad mineralizadora de la microbiota nativa, en un
suelo forestal contaminado con diesel a concentración de:
6000 mg/kg-1 , 4000 mg/kg-1 y 2000
mg/kg-1. La falta de resultados indica que la
solución mineral no fue suficiente para estimular la
mineralización de los HC por la alta concentración
de los productos de los HC que inhibió la actividad
metabólica.

Ijah y Antai evaluaron el efecto de diferentes
concentraciones: 10, 20, 30, 40% v/w de petróleo crudo
ligero nigeriano (PCLN) derramado en un suelo agrícola. La
población bacteriana disminuyó con el aumento en la
concentración del petróleo. La degradación
de los productos de los HC fue de 26.7-13.3% después de 16
días. En el suelo contaminado con PCLN a
concentración de 10% y 20% los productos de los HC se
mineralizaron rápidamente, al 30% ligeramente. Mientras
que a concentración del 40% fue mínima su
mineralización en 12 meses.

IV.b. Solubilidad de los hidrocarburos

Otro factor que limita la mineralización de los
productos los HC es la solubilidad de sus componentes. Por ello
se recomienda detergentes químicos y biológicos que
al reducir la tensión superficial, aumentan la solubilidad
de los productos tóxicos de los HC y su disposición
para su mineralización por la microbiota nativa. Un
ejemplo es el reportado por Moran et al., (2000), donde
evaluaron el efecto de minerales esenciales y un detergente en la
degradación de HC por la biota nativa de un suelo
agrícola a nivel matraz y reportan que los minerales y el
detergente estimularon la mineralización natural de los
productos de los HC de tipo alifácticos en un 35.5% y en
el caso de los aromáticos en un 41%. El detergente
facilito la degradación de alcanos de cadena
larga.

IV.c. Concentración de nutrientes en la
estimulación de la actividad biológica
natural.

Los HC son una fuente importante de carbono y
energía para la microbiota nativa, sin embargo la
concentración de otros nutrientes (nitrógeno y
fósforo) para estimular el crecimiento microbiano es
mínima (Prince et al., 2002). La alta
concentración de carbono en suelos y aguas contaminados
por HC disminuyen la disponibilidad de nutrientes
inorgánicos rápidamente (Margesin et al.,
1999), y en consecuencia la actividad mineralizadora del
consorcio microbiano. Una estrategia para equilibrar la
concentración de nutrientes y estimular la
mineralización de los HC por la biota nativa es la
bioestimulación (Trinidade et al.,
1990).

IV.d. Disponibilidad de oxígeno.

La degradación de productos de los HC por
consorcios microbianos y hongos se lleva a
cabo por oxidación de los contaminantes por oxigenasas
dependientes de oxigeno
molecular, por lo que un factor crítico limitante en la
biorremediación de los productos contaminantes de los HC
es la disponibilidad de oxígeno (Leía and Colwell,
1990). Su solubilidad en el agua es
baja (8mg/l), ya que la oxidación de 1 litro de HC
disminuye drásticamente su concentración en 385,000
-400,000 lts de agua (Atrás, 1997). En acuíferos
contaminados con productos de HC, la adición de
oxígeno "in siuo" se realiza con difusores de
aireación forzada.

Jamison et al., 1975, utilizaron este tipo de
aireación en un suministro de agua subterránea
contaminada con gasolina. El enriquecimiento con nutrientes
esenciales, sin aireación, no estimuló la
degradación de los HC, En cambio, el
enriquecimiento con nutrientes y oxígeno, favoreció
la eliminación de hasta 1000 barriles de gasolina
(Atrás, 1997).

Otra forma de superar las limitaciones de oxígeno
es aplicar peróxido de hidrógeno (H2O2);
siete veces más soluble que el oxigeno molecular, Un mol
de H2O2 equivale aproximadamente a 0.5
moles de O2. Su hidrólisis libera
oxígeno y estimula la actividad microbiana de
oxidación de productos de HC. Berwangen y Barrer
investigaron el efecto del H2O2 como fuente
de oxígeno en la biorremediación "in situ"
de aguas subterráneas saturadas con metano. El
H2O2 estimuló la actividad
biológica aerobia y la mineralización de benceno,
tolueno, etibenceno y o-, m- y p- xileno por la biota nativa
(Atlas, 1997). En otro estudio, Barenschece et al.,
observaron que los productos de los HC del diesel de un suelo
contaminado se degradaron entre 4 y 7 veces más
rápido cuando se añadió
H2O2, que con nitrato como fuente de
O2. La adición de H2O2
incrementó el número de microorganismos aerobios
degradadores de los productos de HC, medido por la producción de CO2 y la
disminución de la concentración de los HC en un
70-80% (Atlas, 1997).

De manera general la biorremediación considera
las siguientes estrategias para
resolver el problema de contaminación ambiental por HC (Vogel,
1996. Walter, 1997, Dua 2002).

V. Aplicaciones
de la biorremediación

V.a. Biorremediación in
situ
.

El suelo y agua contaminados con HC es tratado en el
sitio lo que implica: el enriquecimiento con nutrientes
esenciales, cambio de la humedad y suplir la demanda de
oxígeno para estimular el metabolismo de
los HC por la microbiota nativa. Se tratan extensiones de suelo
con un mínimo de transporte.

Tratamientos de biorremediación in situ en
donde la oxigenación es clave para la eliminación
de los HC.

  1. Bioventilación o "bioventing". En este
    caso se realiza una aireación forzada mediante el
    enriquecimiento de nutrientes y la inyección de aire en la zona
    no saturada del suelo o el agua subtèrranea a
    través de pozos de inyección. La
    mineralización de los HC depende del enriquecimiento con
    minerales que estimulan la actividad oxidativa de de la
    microbiota nativa de cada sitio, requiere de un aumento en la
    disponibilidad de oxigeno, así como la
    volatilización de los HC. Una alta concentración
    de arcilla y la solubilidad de los HC son factores que limitan
    su utilización, pero no en aguas superficiales ni
    subtèrraneas
  2. Bioaspersión "biosparging". En esta
    estrategia inyecta aire bajo presión,
    lo que aumenta la concentración de oxígeno y se
    enriquece el suelo y/o el agua contaminados con minerales, lo
    que favorece la mineralización de los HC por los
    microorganismos nativos. La bioaspersión es viable en
    amientes contaminados con diesel, gasolina etc., en el caso de
    aceites lubricantes su degradación por la microbiota
    nativa es más lenta. Es una técnica de bajo
    costo y
    adaptable en su diseño construcción a los diferentes suelos y
    aguas contaminadas.

V.b. Biorremediación ex situ. El
agua y/ó suelo contaminados por HC se extraen y
transportan a otros sitios o a un reactor en el laboratorio.
Se enriquecen con nutrientes para estimular la
mineralización de los HC por la microbiota nativa, con
la adición de detergente y oxigeno (Brubaker,
1995).

Tratamientos de biorremediación ex
situ

  1. Practicas culturales "landfarming". Es una
    técnica en la cual el suelo contaminado con HC es
    removido y colocado sobre una capa de suelo no contaminado
    enriquecido con nutrientes minerales. Los dos suelos son
    mezclados periódicamente para favorecer la
    oxigenación y la mineralización de los HC por los
    consorcios microbianos nativos.
  2. Compostaje. El suelo contaminado es removido y
    mezclado con residuos orgánicos agrícolas o
    estiércol animal. Estos residuos orgánicos ricos
    en una diversa microbiota facilitan la mineralización de
    los HC.
  3. Biopilas. Se forman con suelo contaminado y
    materia
    orgánica (composta) que se someten a aireación de
    manera continua, girando la pila ó de forma pasiva por
    tubos perforados; el enriquecimiento con nutrientes se realiza
    con fertilizante, estiércol o composta. Se enriquece con
    paja o astillas de madera para
    aumentar la permeabilidad y porosidad del suelo. Este método
    es utilizado en zonas limitadas de terreno.
  4. Biorreactores. Son sistemas
    cerrados donde se puede optimizar la temperatura, la
    concentración de minerlaes y de HC para la
    oxidación de los HC por los microorganismos nativos
    estimulada por la adición de nutrientes esenciales,
    detergente, y oxigenación (Brubaker, 1995). Este
    método reduce la dispersión de los
    microorganismos y de los productos de degradación y su
    mineralización rápida. En los birreactores el
    metabolismo de los microorganismos es más eficaz en
    términos de control, peor más costoso en
    términos de construcción y operación
    (Levin y Gealt, 1997).

VI.
Conclusión

La biorremediación es una alternativa de
restauración ambiental que se recomienda para eliminar
mezclas de HC, que requiere de una acción
integral de factores fisicoquímicos y biológicos,
no es una estrategia simple ni barata, sin embargo la inversión en tiempo y
dinero para la
conservación de los ambientes naturales vale la
pena.

VII.
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Agradecimientos.

Al proyecto 2.7
(2006-2007 )de la CIC-UMSNH el apoyo a esta investigación, a SUMA del estado de
Michoacán, a COSUSTENTA y V Phytoorganic por las
facilidades.

Se dedica este trabajo: a mis estudiantes de La UANL, U
de G, y CONALEP, a mi padre JM SanchezMarin.

 

 

 

Autor:

Sánchez-Yáñez, Juan
Manuel

Microbiología Ambiental Instituto de
Investigaciones Químico Biológicas (*autor
correspondiente syanez[arroba]umich.mx)). Ed. B-3., CU. Universidad
Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, Morelia, Mich,
México.

Partes: 1, 2
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