Biorremediación in situ
La biorremediación es el proceso de descontaminación de sitios contaminados mediante el uso de microorganismos endógenos o externos . [1] In situ es un término utilizado en una variedad de campos que significa "en el sitio" y se refiere a la ubicación de un evento. [2] Dentro del contexto de la biorremediación, in situ indica que la ubicación de la biorremediación se ha producido en el sitio de la contaminación sin la translocación de los materiales contaminados. La biorremediación se utiliza para neutralizar contaminantes, incluidos hidrocarburos , compuestos clorados, nitratos, metales tóxicos y otros contaminantes a través de una variedad de mecanismos químicos. [1] Los microorganismos utilizados en el proceso de biorremediación pueden implantarse o cultivarse dentro del sitio mediante la aplicación de fertilizantes y otros nutrientes. Los sitios contaminados comunes a los que se dirige la biorremediación son las aguas subterráneas/acuíferos y los suelos contaminados. Los ecosistemas acuáticos afectados por derrames de petróleo también han mostrado una mejora mediante la aplicación de la biorremediación. [3] Los casos más notables son el derrame de petróleo de Deepwater Horizon en 2010 [4] y el derrame de petróleo de Exxon Valdez en 1989. [5] Existen dos variaciones de biorremediación definidas por la ubicación donde ocurre el proceso. La biorremediación ex situ ocurre en un lugar separado del sitio contaminado e implica la translocación del material contaminado. In situ ocurre dentro del sitio de contaminación [1] La biorremediación in situ puede categorizarse además por el metabolismo que ocurre, aeróbico y anaeróbico , y por el nivel de participación humana.
Historia
El derrame del oleoducto Sun Oil en Ambler, Pensilvania, impulsó el primer uso comercial de la biorremediación in situ en 1972 para eliminar hidrocarburos de sitios contaminados. [6] En 1974, Richard Raymond presentó una patente, Reclamation of Hydrocarbon Contaminated Ground Waters, que proporcionó las bases para la comercialización de la biorremediación in situ. [6]
Clasificaciones de la biorremediación in situ
Acelerado
La biorremediación acelerada in situ se define cuando se selecciona un microorganismo específico para su crecimiento mediante la aplicación de nutrientes o un donador de electrones en el sitio contaminado. Dentro del metabolismo aeróbico, el nutriente añadido al suelo puede ser únicamente oxígeno. La biorremediación anaeróbica in situ a menudo requiere una variedad de donantes o aceptores de electrones, como el benzoato y el lactato. [7] Además de los nutrientes, los microorganismos también se pueden introducir directamente en el sitio dentro de la biorremediación acelerada in situ. [8] La adición de microorganismos extraños a un sitio se denomina bioaumentación y se utiliza cuando un microorganismo particular es eficaz para degradar el contaminante en el sitio y no se encuentra de forma natural o en una población lo suficientemente alta como para ser eficaz. [7] La biorremediación acelerada in situ se utiliza cuando la población deseada de microorganismos dentro de un sitio no está presente de forma natural en un nivel suficiente para degradar eficazmente los contaminantes. También se utiliza cuando los nutrientes requeridos dentro del sitio no están en una concentración suficiente para sustentar el crecimiento o no están disponibles. [7]
Proceso Raymond
El proceso Raymond es un tipo de biorremediación acelerada in situ que fue desarrollado por Richard Raymond e implica la introducción de nutrientes y aceptores de electrones en un sitio contaminado. [9] Este proceso se utiliza principalmente para tratar aguas subterráneas contaminadas. En el proceso Raymond se crea un sistema de bucle. El agua subterránea contaminada que proviene de aguas abajo del flujo de agua subterránea se bombea a la superficie y se le infunden nutrientes y un donador de electrones, a menudo oxígeno. Esta agua tratada luego se bombea de regreso por debajo del nivel freático aguas arriba de donde se tomó originalmente. Este proceso introduce nutrientes y donantes de electrones en el sitio, lo que permite el crecimiento de una población microbiana determinada. [9]
Inyección de oxígeno
En sitios contaminados donde el metabolismo microbiano deseado es aeróbico, la introducción de oxígeno en el sitio puede utilizarse para aumentar la población de microorganismos objetivo. [10] La inyección de oxígeno puede ocurrir a través de una variedad de procesos. El oxígeno puede inyectarse en el subsuelo a través de pozos de inyección. También puede introducirse a través de una galería de inyección. La presencia de oxígeno dentro de un sitio es a menudo el factor limitante a la hora de determinar el marco temporal y la eficacia de un proceso de biorremediación in situ propuesto.
Inyección de ozono
El ozono inyectado en el subsuelo también puede ser un medio para introducir oxígeno en un sitio contaminado. [10] A pesar de ser un agente oxidante fuerte y tener un efecto potencialmente tóxico sobre las poblaciones microbianas del subsuelo, el ozono puede ser un medio eficiente para esparcir oxígeno por todo un sitio debido a su alta solubilidad. [10] Dentro de los veinte minutos después de ser inyectado en el subsuelo, el cincuenta por ciento del ozono se habrá descompuesto en oxígeno. [10] El ozono se introduce comúnmente en el suelo en estado disuelto o gaseoso. [10]
Biorremediación anaeróbica acelerada in situ
En la biorremediación anaeróbica in situ acelerada se introducen donadores y aceptores de electrones en un sitio contaminado para aumentar la población de microorganismos anaeróbicos. [9]
Atenuación natural monitorizada (MNA)
La atenuación natural monitoreada es una biorremediación in situ que se lleva a cabo con poca o ninguna intervención humana. [11] Este proceso se basa en las poblaciones microbianas naturales que se mantienen dentro de los sitios contaminados para reducir con el tiempo los contaminantes a un nivel deseado. [11] Durante la atenuación natural monitoreada, se monitorea el sitio para seguir el progreso de la biorremediación. [11] La atenuación natural monitoreada se utiliza en sitios donde la fuente de contaminación ya no está presente, a menudo después de que se hayan llevado a cabo otros tipos más activos de biorremediación in situ. [11]
Usos de la biorremediación in situ
Degradación de hidrocarburos
En el suelo se encuentran de forma natural poblaciones microbianas que utilizan hidrocarburos como fuente de energía y carbono. [9] Hasta un veinte por ciento de las poblaciones microbianas del suelo tienen la capacidad de metabolizar hidrocarburos. [9] Estas poblaciones pueden utilizarse, mediante atenuación acelerada o controlada de forma natural, para neutralizar los contaminantes de hidrocarburos del suelo. El modo metabólico de la remediación de hidrocarburos es principalmente aeróbico. [9] Los productos finales de la remediación de hidrocarburos son dióxido de carbono y agua. [9] Los hidrocarburos varían en su facilidad de degradación en función de su estructura. Los carbonos alifáticos de cadena larga son los que se degradan con mayor eficacia. Los hidrocarburos alifáticos de cadena corta, ramificados y cuaternarios se degradan con menor eficacia. [9] La degradación de alquenos depende de la saturación de la cadena, y los alquenos saturados se degradan con mayor facilidad. [9] En el suelo hay una gran cantidad de microbios con la capacidad de metabolizar hidrocarburos aromáticos. Los hidrocarburos aromáticos también son susceptibles de degradarse mediante metabolismo anaeróbico. [9] El metabolismo de los hidrocarburos es una faceta importante de la biorremediación in situ debido a la gravedad de los derrames de petróleo en todo el mundo. La susceptibilidad de los carbonos aromáticos polinucleares a la degradación está relacionada con la cantidad de anillos aromáticos dentro del compuesto. [9] Los compuestos con dos o tres anillos se degradan a una tasa efectiva, pero los compuestos que poseen cuatro o más anillos pueden ser más resistentes a los esfuerzos de biorremediación. [9] La degradación de los carbonos aromáticos polinucleares con menos de cuatro anillos se logra mediante varios microbios aeróbicos presentes en el suelo. Mientras tanto, para compuestos de mayor tamaño molecular, el único modo metabólico que ha demostrado ser efectivo es el cometabolismo . [9] El género de hongos Phanerochaete en condiciones anaeróbicas tiene especies con la capacidad de metabolizar algunos carbonos aromáticos polinucleares utilizando una enzima peroxidasa. [9] [12]
Compuestos clorados
Compuestos alifáticos clorados
Existe una variedad de modos metabólicos capaces de degradar compuestos alifáticos clorados . La reducción anaeróbica, la oxidación del compuesto y el cometabolismo en condiciones aeróbicas son los tres modos metabólicos principales utilizados por los microorganismos para degradar compuestos alifáticos clorados. [9] Los organismos que pueden metabolizar fácilmente compuestos alifáticos clorados no son comunes en el medio ambiente. [9] Los carbonos uno y dos que tienen poca cloración son los compuestos metabolizados con mayor eficacia por las poblaciones microbianas del suelo. [9] La degradación de compuestos alifáticos clorados se realiza con mayor frecuencia a través del cometabolismo. [9]
Hidrocarburos aromáticos clorados
Los hidrocarburos aromáticos clorados son resistentes a la biorremediación y muchos microorganismos carecen de la capacidad de degradar los compuestos. Los hidrocarburos aromáticos clorados se degradan con mayor frecuencia a través de un proceso de decloración reductora en condiciones anaeróbicas. [9] Los bifenilos policlorados (PCB) se degradan principalmente a través del cometabolismo. También hay algunos hongos que pueden degradar estos compuestos. Los estudios muestran un aumento en la degradación de PCB cuando se agrega bifenilo al sitio debido a los efectos cometabólicos que las enzimas utilizadas para degradar el bifenilo tienen sobre los PCB. [9]
Beneficios
Debido a que la biorremediación in situ se lleva a cabo en el lugar de la contaminación, existe un menor riesgo de contaminación cruzada en comparación con la biorremediación ex situ , en la que el material contaminado se transporta a otros sitios. La biorremediación in situ también puede tener costos más bajos y una mayor tasa de descontaminación que la biorremediación ex situ .
Referencias
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