En los años 1980 se empieza actuar en los espacios contaminados, el método que utilizaban consistía en retirar los residuos y/o suelo contaminado a un vertedero o cubrirlos en una capa impermeable(confinamiento).
Uno de los accidentes que han elevado un impacto ambiental es el vertido de combustible del Exxon Valdez, la liberación de productos radioactivos o la resiente catástrofe ecologica producida por el vertido petrolero Prestige.
las posibles técnicas de tratamiento aplicables para loa descontaminaciòn de un vertido espacio natural, merecen especial atención los procesos de biodegradación biologica ya que son útiles para muchos tipos de residuos orgánicos, son procesos naturales que no suponen un impacto adicional.
los tratamientos de descontaminaciòn se basan en la acción de microorganismos o plantas sobre los productos contaminantes.
Como resultado final de un tratamiento de biodregraciòn depende de gran medida de la toxicidad y la concentración inicial de los contaminantes, su biodegradabilidad y propiedades del suelo.
Los contaminantes tratados habitualmente por estos métodos son los compuestos orgánicos volátiles y semivolátiles no halogenados y los derivados del petróleo. Cuando la contaminación incluye altas concentraciones de metales, compuestos orgánicos con alta proporción de cloro o sales inorgánicas, la eficacia del tratamiento se reduce debido a la toxicidad microbiológica de estos compuestos.
El microorganismo puede ser modificado para producir principalmente determinadas enzimas que contribuyan a metabolizar los compuestos producidos como consecuencia de la actividad industrial y que son tóxicos para otras formas de vida. Incluso, se pueden diseñar rutas metabólicas alternativas para la biodegradación de residuos complejos.
El proceso biológico para tratar los compuestos tóxicos, debe competir con los métodos existentes en términos de economía y eficiencia.
El microorganismo puede utilizar derivados del petróleo como fuente de carbono y muchos de ellos producen surfactantes, que pueden emulsionar los aceites en el agua y facilitar su eliminación. Los surfactantes químicos, los de origen microbiológico son inocuos y biodegradables. También se utilizan como fertilizantes para incrementar la tasa de crecimiento de las poblaciones autóctonas capaces de degradar compuestos derivados del petróleo.
Técnicas para tratamiento de emplazamientos contaminados
Se agrupan en tres categorías:
- Confinamiento.-tiene como finalidad el aislamiento de la fuente contaminante, evitando la salida de líquidos (lixiviados), polvo o gases; es decir controlando la dispersión de la contaminación, se utiliza en el caso de contaminaciones provocadas por los vertederos incontrolados de residuos industriales
- Limpieza.-incluye la aplicación de una o varias tecnologías para eliminar los contaminantes del suelo. Se distinguen tres tipos de tratamiento:1) tratamiento in situ del suelo contaminado (la contaminación se trata en el lugar en el que se ha producido), 2) excavación del emplazamiento contaminado, retirada del suelo afectado y tratamiento ex situ del mismo (hay que proceder a una excavación del suelo contaminado o a un bombeo del agua contaminada antes de proceder a su tratamiento) y 3) excavación, retirada y depósito en vertedero controlado.
- Estrategia de respuesta.-es un tratamiento a largo plazo que incluye actuaciones diversas y modificables en función de una primera evaluación de la situación y de la evolución de la misma durante el tratamiento. Se suele elegir, cuando las aguas subterráneas ya se han contaminado
El método para tratar los suelos contaminados pueden ser de naturaleza física, química o bioló-
gica y tanto unos como otros pueden aplicarse en el lugar de la contaminación o como tratamiento ex situ.
1. Tratamientos in situ
– Fisicoquímicos:
a) Extracción con vapor
b) Lavado
c) Solidificación y estabilización
d) Separación electrocinética
– Biológicos:
a) Biodescontaminación
b) Fitodescontaminación
2. Tratamientos ex situ
– Térmicos:
a) Desorción térmica
b) Incineración
– Fisicoquímicos:
a) Extracción con disolventes
b) Lavado
c) Oxido-reducción
d) Deshalogenación química
e) Solidificación y estabilización
– Biológicos:
a) Laboreo agrícola
b) Biopilas
c) Biodegradación en reactor
Las plantas pueden ser usadas en la descontaminación aprovechando su capacidad de mineralizar determinados compuestos tóxicos o de acumular y concentrar metales pesados y otros compuestos inorgánicos del suelo.
El objetivo de las técnicas de recuperación biológica, es la creación de las condiciones ambientales óptimas para que los microorganismos se puedan desarrollar adecuadamente y provocar la máxima destoxificación.
La tecnología específica empleada en cada caso, depende del tipo de microorganismos de que se trate,
de las condiciones del espacio contaminado y de la naturaleza y cantidad de contaminante o contaminantes.
Los microorganismos denominados endógenos, son aquellos que se encuentran formando parte del ecosistema que se pretende descontaminar.
Los microorganismos exógenos son cuando en el ecosistema no esté presente la actividad biológica que se requiere para degradar la contaminación producida, pueden incorporarse microorganismos de otra procedencia cuya eficacia haya sido probada anteriormente.
Así el tratamiento biológico del entorno contaminado, puede tener lugar en condiciones aerobias o anaerobias.
Procesos de atenuación natural
Es el conjunto de procesos físicos, químicos y biológicos, que espontáneamente ocurren en un espacio determinado, con posterioridad a la aparición de la contaminación en el mismo. Incluye diversos mecanismos tales como dispersión, dilución adsorción, volatilización, estabilización y transformación o destrucción de contaminantes por vía química o biológica.
En este proceso intervienen cinco grupos de mecanismos:
- Biodegradación
- Transformación química (por ejemplo, hidrólisis y deshalogenación). La tasa de transformación química depende de diferentes variables tales como pH, temperatura y naturaleza del contaminante.
- Estabilización. Los contaminantes quedan quí-micamente ligados por un agente estabilizante(por ejemplo, arcilla y materiales húmicos) y se dificulta o impide su migración.
- Volatilización. Puede contribuir al proceso de atenuación natural mediante transferencia de VOC (compuestos orgánicos volátiles) desde el agua subterránea hacia la zona de vadosa o la atmósfera pero es comparativamente un componente menor de la atenuación natural.
- Dispersión y dilución. Asumiendo que la fuente de contaminación cesa, a medida que la pluma de contaminante se mueve vertical y lateralmente desde el punto inicial, se dispersa la contaminación y disminuye la concentración del contaminante.
Tratamiento biológico in situ de suelos contaminados
En este tratamiento no requiere excavar y retirar el suelo contaminado, por lo cual provoca menos liberación de polvo y contaminantes y permite descontaminar mayor volumen de suelo por tratamiento que las técnicas
ex situ. Tiene inconvenientes como mayor lentitud, dificultad de mantener las condiciones y dependencia del tipo de suelos, que deben ser permeables si se quiere asegurar un buen rendimiento del proceso.
En este tipo de tratamiento se persigue la adecuada oxigenación y aporte de nutrientes a los microorganismos del suelo. Existen dos métodos para incorporar el oxígeno al suelo. Uno es la inyección directa de aire en el suelo que está por encima de la capa freática y el otro consiste en suministrar oxígeno en forma líquida como peróxido de hidrógeno.
Las técnicas de tratamiento in situ requieren años para alcanzar los objetivos de descontaminación fijados, dependiendo fundamentalmente de la biodegradabilidad de los contaminantes de que se trate.
- Cuando lo que se bombea es aire, se hace a través de unos pozos perforados en la zona contaminada. El número, localización y profundidad de los pozos, depende de los factores geológicos y de ingeniería del proceso.
- En caso de adición de peróxido de hidrógeno, hay que tener en cuenta que se trata de un compuesto químico, que puede difundirse a las aguas subterráneas y contaminar acuíferos. La inyección del peróxido puede hacerse a través de tuberías y difusores o de pozos en el caso de que la contaminación del suelo sea profunda.
Tratamiento biológico de aguas subterráneas
Se pretende aumentar la velocidad del proceso de degradación natural, que tiene lugar en el suelo embebido de agua que se encuentra por debajo de la capa freática.
El dispositivo para tratar aguas subterráneas consiste en un pozo para extraer el agua contaminada, un sistema superficial de tratamiento en el que se añaden al agua oxígeno y nutrientes y otros pozos adicionales de reinyección del agua tratada para que los microorganismos lleven a cabo la actividad degradadora de los contaminantes.
Tratamiento biológico ex situ de suelos contaminados
Son más rápidas, más fáciles de controlar y aplicables a un mayor abanico de contaminantes y suelos que las técnicas in situ.Este tratamiento requieren excavación y acondicionamiento del suelo contaminado antes e incluso, a veces, después de la fase de tratamiento biológico.
Utiliza dos técnicas de tratamiento:
- Tratamientos de lodos. En el caso de que el tratamiento se realice en forma de lodos, el suelo contaminado se combina con agua y otros aditivos en un biorreactor. Se controlan las condiciones de tratamiento y se añaden nutrientes y oxígeno. Cuando finaliza el tratamiento, se separa el agua de los sólidos que son retornados al emplazamiento o sometidos a un tratamiento posterior si contienen todavía algún tipo de contaminante.
- Tratamientos en fase sólida. Para que se pueda realizar un tratamiento en fase sólida, se requiere que el área de aplicación disponga de sistemas colectores adecuados para evitar cualquier contaminación en caso de escapes. La humedad, el calor, los nutrientes y el oxígeno se controlan para aumentar el rendimiento del proceso de biodegradación.
Tratamientos en pilas.- El suelo es distribuido en montones de varios metros de altura, colocándose sobre un sistema de distribución de aire que inyecta aire en cada uno de los montones mediante una bomba de vacío.
Tratamiento de compostaje.- el residuo biodegradable se mezcla con otros materiales, generalmente, de
tipo lignocelulósico (paja de cereales) para favorecer la difusión del oxígeno y la humedad y optimizar el metabolismo microbiano. Los métodos de compostaje que se pueden aplicar, son de tres tipos: compostaje en pilas estáticas (la aireación de las pilas se hace mediante difusores o bombas de vacío), compostaje en reactores con agitación mecánica (el compost es mezclado y aireado en un reactor) y compostaje en grandes pilas que periódicamente se mezclan utilizando tractores o equipos similares.
Biodisponibilidad de los contaminantes e interacciones con la matriz del suelo
La biodisponibilidad es un concepto difícil de definir ya que en cada compartimento ambiental (agua, sedimentos, suelo o aire) juega un papel diferente.El concepto de biodisponibilidad engloba pues diferentes factores, físicos, químicos y biológicos del entorno y es diferente para diferentes organismos.Cuando se hace referencia a la biodisponibilidad en suelo, hay que tener en cuenta las características físicas, químicas y biológicas de este compartimento. La textura, granulometría y la composición del suelo determinan sus propiedades físicas y químicas como contenido de agua, oxígeno, sales, arcilla, minerales, materia orgánica y pH.
Para intentar sistematizar los distintos tipos de interacciones de los compuestos orgánicos en la matriz del suelo:
- Residuo ligado covalentemente. Es el compuesto original o un metabolito principal unido covalentemente al sustrato.
- Residuos solubles ligados covalentemente. Son aquellos que se extraen conjuntamente con la matriz por un procedimiento específico que respeta el enlace covalente.
- Residuos adsorbidos. Son compuestos originales o metabolitos principales que están ligados a la matriz por interacciones no covalentes reversibles.
- Residuos inmovilizados (atrapados). Son compuestos originales o metabolitos principales que se retienen con la matriz por efectos estéricos y que se comportan como residuos ligados a no ser que se modifique la estructura de la matriz.
Proceso de envejecimiento de la contaminación
El envejecimiento de los compuestos en el suelo depende de diversos factores tales como, cantidad y naturaleza de la materia orgánica, constituyentes inorgánicos del suelo, fundamentalmente estructura y
tamaño de poro, microflora del suelo, concentración de contaminante, procesos de adsorción y atrapamiento en los microporos del suelo o en los complejos húmicos de la materia orgánica.
El proceso de envejecimiento es la movilización de compuestos desde los compartimentos más accesibles del suelo, a los menos accesibles o a los inaccesibles, con lo cual se produce una reducción en la capacidad de extracción de dichos compuestos. Se admite, en general, que transcurrido un cierto tiempo desde la aparición de la contaminación, se distinguen dos grupos de asociación contaminante/suelo.
Valoración de la biodisponibilidad
Aspectos biológicos de la valoración de la biodisponibilidad
Para que la biodegradación tenga lugar deben cumplirse dos requisitos:
- El compuesto debe ser accesible al organismo u organismos de que se trate.
- El compuesto como tal debe ser biodegradable
La biodisponibilidad como la biodegradabilidad pueden ser valoradas por métodos biológicos y existe un buen número de ensayos estándar utilizando microorganismos. Estos métodos incluyen: mineralización de análogos marcados con C hasta CO2 (biodegradación), determinación del efecto del contaminante sobre la
demanda biológica de oxígeno (biodisponibilidad) o sobre las variaciones de la remoción de carbono orgánico disuelto (biodisponibilidad).
Aspectos químicos de la valoración de la biodisponibilidad
A la hora de valorar la biodisponibilidad de un contaminante, no sólo hay que tener en cuenta la especificidad de los organismos, sino, también, el objetivo concreto de la valoración, que puede ser tanto la predicción del potencial de descontaminación biológica en un determinado emplazamiento contaminado, como la determinación de riesgo toxicológico o la evaluación de la posibilidad de bioacumulación.
Ensayos para evaluar la efectividad del tratamiento
La biodegradación en el suelo es un complejísimo proceso, que integra difusión de contaminantes en la
matriz porosa del suelo, adsorción a la superficie del suelo y biodegradación en las biopelículas que se configuran en la superficie de las partículas de suelo y los grandes poros, así como en la fase acuosa. Cuando se emplean reactores, en los que el suelo es tratado en forma de lodos, la biodegradación de contaminantes ocurre tanto en la fase líquida, debido a los microorganismos liberados de la matriz del suelo, como en la biopelícula inmovilizada en las partículas del mismo.
Una forma de estudiar la capacidad de degradar biológicamente un cierto contaminante en un suelo determinado, es evaluar –utilizando técnicas de respirometría– la demanda biológica de oxígeno de ese suelo a largo plazo. Se trata de conocer la tasa de respiración que tiene lugar en el suelo contaminado y que puede servir para determinar la posibilidad de éxito al estimular el crecimiento biológico en ese medio.
Técnicas para predecir la efectividad del tratamiento biológico de un suelo contaminado
Los estudios respiromé-tricos y de mineralización, utilizando microcosmos en condiciones controladas, son los más empleados para evaluar las posibles opciones de tratamiento. Los análisis respirométricos tienen como objetivo utilizar la producción de dióxido de carbono como un índice indirecto de la actividad biológica y, por lo tanto, de la degradación del contaminante. En estos estudios, se mide el aumento de la producción de CO2 en suelos control con respecto a aquellos en que se ha añadido el contaminante objeto de estudio.
La enumeración microbiana es una herramienta que ha sido utilizada, fundamentalmente, para evaluar la respuesta in situ de las bacterias del suelo, a la hora de degradar contaminaciones por hidrocarburos derivados del petróleo.
Los factores que controlan la densidad de población y la diversidad biológica de un suelo, son de dos tipos:
Factores fisicoquímicos. En este grupo se incluyenla disponibilidad de carbono orgánico y de aceptores electrónicos, el potencial de oxidación-reducción, los nutrientes inorgánicos, el pH, el contenido de agua, la temperatura, la salinidad y la textura del suelo.
Factores biológicos. En este grupo de factores se incluyen la competencia por los recursos, la existencia de
predadores como protozoos y microartrópodos y los inhibidores metabólicos.
Tratamiento biológico de contaminaciones por petróleo y sus derivados
Se pueden establecer tres categorías de situaciones en las que el problema es susceptible de ser resuelto mediante procesos de descontaminación biológica:
- Residuos de las refinerías de petróleo y contaminación del área próxima al emplazamiento de las mismas
- Fugas en las conducciones o en los tanques subterráneos de almacenamiento
- derrames de crudo en el mar después de accidentes en buques de transporte
A la hora de poner en marcha una estrategia de descontaminación biológica hay que decidir que tipo de microorganismos van a ser empleados (exógenos o indígenas) y hay que diseñar el método que va a permitir evaluar el grado de éxito del tratamiento aplicado.
A medida que la mancha de hidrocarburos se va moviendo por el interior del suelo una parte puede ser atrapada en los poros del mismo y en los sedimentos (saturación residual); otra parte puede evaporarse (volatilización); una tercera fracción puede adsorberse en las partículas del suelo (adsorción)
y finalmente una parte puede disolverse en el agua subterránea (pluma disuelta). Puesto que el conjunto de hidrocarburos del petróleo es menos denso que el agua, el líquido puede flotar sobre la capa freática subiendo y bajando con las fluctuaciones estacionales de dicha capa. Este hecho puede crear una zona amplia de saturación residual.
Con el avance de la pluma de hidrocarburos disueltos, la concentración de estos disminuye por los efectos de dilución y dispersión. Los microorganismos pueden degradar los hidrocarburos que están disueltos, volatilizados o adsorbidos.
Aplicaciones de hongos en tratamientos de biodescontaminación
Se han centrado en bacterias por la facilidad que ofrecen para estudiar sus vías metabólicas y llevar
a cabo construcciones genéticas que permitan degradar específicamente determinados compuestos contaminantes, la capacidad de los hongos para transformar una gran variedad de compuestos orgánicos y llevarlos hasta CO2 y H20 ofrece un potencial indiscutible para su utilización en procesos de tratamiento de contaminaciones. Ese potencial radica fundamentalmente en las características de su sistema enzimático y en su vigoroso crecimiento que les permite, a través del desarrollo de su micelio, colonizar diferentes tipos de sustratos y acceder a los compuestos que constituyen las contaminaciones más frecuentes de los
suelos. El elevado valor de la relación superficie/volumen celular de los hongos filamentosos les convierte en eficaces degradadores en determinados nichos como los suelos contaminados.
Los hongos tienen una capacidad muy notable para acumular metales pesados como cadmio, cobre, mercurio, plomo y zinc, lo que está demostrado por los aislamientos realizados en minas de cobre,
zinc o plomo.Los hongos de podredumbre blanca disponen entre otras, de una capacidad muy relevante, que es la de degradar mayoritariamente la lignina, un polímero polifenólico heterogéneo que es uno de los tres componentes principales de los sustratos lignocelulósicos.
