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

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

Podemos definir biorremediación como la utilización de seres vivos para solucionar un problema ambiental, tales como suelo o agua subterránea contaminados. En un ambiente no contaminado, las bacterias, los hongos, los protistas, y otros microorganismos heterotróficos degradan constantemente la materia orgánica disponible, para obtener energía. Cuando un agente contaminante orgánico, combustible, petróleo u otro es accidentalmente liberado en un ambiente dado, algunos de los microorganismos indígenas morirán, mientras que sobrevivirían algunos otros capaces de degradar estos compuestos orgánicos. La biorremediación trabaja proveyendo a estos organismos de nutrientes, oxígeno, y otras condiciones que favorezcan su rápido crecimiento y reproducción. Estos organismos entonces podrán degradar el agente contaminante orgánico a una velocidad mayor, proporcionando una técnica para limpiar la contaminación, realzando los mismos procesos de biodegradación que ocurren naturalmente en el medio ambiente.

El objetivo de la biorremediación es eliminar, o al menos disminuir la concentración de sustancias potencialmente tóxicas, dispersadas accidentalmente o no en suelos y/o cuerpos de agua superficial o subterránea, utilizando como parte fundamental del proceso a los microorganismos .
Los microorganismos utilizados en biorremediación son generalmente no-fotosintéticos; ecológicamente ocupan el nivel trófico (de alimentación) denominado de los descomponedores, en el que los hongos y bacterias son componentes principales. Estos organismos están presentes en prácticamente todos los lugares del planeta, inclusive a profundidades y temperaturas que se creía libres de ellos, como los pozos petrolíferos profundos

¿Cómo Obtienen Energía los Microorganismos?


Los organismos son capaces de producir la energía necesaria para su crecimiento y
reproducción

1. Fotosíntesis
2. Oxidación de compuestos inorgánicos
3. Oxidación de compuestos orgánicos


Los caminos metabólicos que pueden emplear los microorganismos presentes
en esta categoría se pueden clasificar en tres grupos; el primero de ellos depende del oxígeno (aeróbico) como aceptor final de electrones, mientras que los otros dos se realizan en ausencia de oxígeno (anaeróbico).

La acción de los microorganismos anaeróbicos es más lenta, pero en contrapartida son capaces de degradar compuestos más tóxicos o con escasos lugares atacables enzimáticamente en sus moléculas, como los hidrocarburos aromáticos policíclicos, solventes clorados y pesticidas. Este grupo de organismos goza de “mala prensa” debido a que están asociados a la producción de olores nauseabundos y gases inflamables, y también debido a que muchos de ellos son patógenos. El más simple sistema anaeróbico es el de los digestores, que utilizan un tanque mezclador que puede operar de modo continuo o discontinuo (batch); como subproducto de su operación puede obtenerse metano.


a) Respiración aeróbica. Este es el proceso más eficiente de los tres (en cuanto a la producción de energía o ATPs), por lo que es el elegido por los microorganismos siempre que esté presente el oxígeno (que es el aceptor final de los electrones) y,
por supuesto, que tenga la maquinaria enzimática para realizar el proceso.


Estos organismos son utilizados en las plantas de tratamiento de aguas cloacales e industriales. Su función básicamente selleva a cabo poniendo en contacto las aguas residuales con una población microbiana aclimatada, y controlando cuidadosamente las condiciones ambientales (nutrientes, concentración de gases, concentración de tóxicos, etc.). Los organismos aeróbicos degradan la materia orgánica más rápidamente y eficientemente que los anaeróbicos, por lo que generalmente son los utilizados en los procesos de depuración de aguas, o lodos.


b) Respiración anaeróbica. Es similar a la respiración aeróbica, con la diferencia de que el último aceptor de los electrones no es el oxígeno (sino nitratos, sulfatos, hidrógeno, etc.). Normalmente estos organismos son anaerobios estrictos, o sea que
sólo pueden crecer en ausencia total de oxígeno (el oxígeno es tóxico para ellos). Es un grupo pequeño (pocas especies) de organismos, formado sólo por bacterias. Importantes representantes son las bacterias metanogénicas y las bacterias
sulfatorreductoras.


c) Fermentación: Algunos organismos obtienen energía de la degradación de compuestos orgánicos, degradándolos sólo parcialmente. Tanto el donor como el aceptor de los electrones es una molécula orgánica. Dependiendo de los organismos involucrados, tanto los productos como los substratos utilizados pueden ser muy variables.

Se entiende por biorremediación in situ a aquellos procesos que utilizan microorganismos para degradar sustancias peligrosas en el suelo y agua con mínima alteración de la estructura del suelo. Usualmente el objetivo es realizarlo en forma
aeróbica.


Derrame de hidrocarburos

Consideremos un caso frecuente de contaminación: El derrame de hidrocarburos sobre el suelo. La implementación del proceso de biorremediación (luego de una limpieza por métodos físicos, si esto fuera necesario) en una situación de este tipo podría involucrar los siguientes pasos:

• Retirada de la fase líquida no acuosa (NALP).
• Estudios hidrogeológicos.
• Estudios microbiológicos.
• Elección de la ingeniería.
• Instalación y comienzo de las operaciones.
• Operación y monitoreo
• Fin de las operaciones.

Suelos contaminados con TNT

los dinitroy

trinitrotoluenos son considerados carcinógenos, y en segundo lugar, los emplazamientos con esta contaminación son muy importantes, tanto en número como en tamaño. En muchos casos, la contaminación se concentra en la parte superior del suelo de fortificaciones que fueron usadas para producir o depositar TNT, en instalaciones militares.

En ambientes estrictamente anaeróbicos, el 2,4,6-trinitrotolueno (TNT) es totalmente reducido a triaminotolueno (TAT), el cual puede ser destoxificado por polimerización en medio aeróbico o por unión irreversible a arcillas. La transformación de los nitrotoluenos por los microorganismos es cometabólico por esto se requiere el agregado de una fuente de carbono, así como nutrientes. En algunas ocasiones no es necesaria la reducción total del TNT, sino que algunos metabolitos pueden ser incorporados a una matriz orgánica (humificación) quedando de esta manera inmovilizados.

Esta técnica es de tipo landfarming, y las operaciones principales son, la promoción de la humificación de manera controlada, mediante la adición de materia orgánica al suelo, y en segundo lugar, el incremento del metabolismo de los microorganismos mediante el agregado de fuentes de carbono de pequeño peso molecular, fácilmente asimilables por los microorganismos, así como otros nutrientes. Se trata de proporcionar poco nitrógeno como nutriente, ya que de esta forma los microorganismos se verán obligados a degradar el TNT, utilizándolo como fuente de nitrógeno.

Futuro de las Técnicas de Biorremediación

Comparada con los métodos físicos de limpieza, la biorremediación es más económica y causa menos perturbación en el

medio ambiente, las técnicas de biorremediación son una buena estrategia de limpieza para ciertos tipos de contaminación, como la producida por el petróleo y otros compuestos orgánicos no demasiado tóxicos. Cuando existe una acumulación de sustancias toxicas o no biodegradables la biorremediación no funciona, ya que la colonización y crecimiento de los microorganismos se encuentra inhibida.