Industria y Minería. Nº351. Biorremediacion

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Industria y Minería nº 351 marzo 2003 AGUA MEDIO AMBIENTE MINERÍA ENERGÍA METALURGIA GEOLOGÍA Consejo Superior de Colegios de Ingenieros de Minas

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Industria y Mineríanº 351 marzo 2003

AGUA • MEDIO AMBIENTE • MINERÍA

ENERGÍA • METALURGIA • GEOLOGÍAConsejo Superior de Colegios

de Ingenieros de Minas

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Degradación diferencial de unamancha de hidrocarburos

Cortesía:ANEF

S.A.R. Don Felipe de Borbón y Grecia,Príncipe de Asturias,

Miembro de Honor delConsejo Superior de Colegios

de Ingenieros de Minas de España

REVISTA DEL CONSEJO SUPERIOR DE COLEGIOS DE INGENIEROSDE MINAS DE ESPAÑA

Director del Comité Editorial:Emilio Llorente Gómez

Comité Editorial:Ángel Cámara RascónJosé Fco. González FernándezAdolfo Rodríguez González

Director Técnico:José Gómez Mateo

Redacción y Administración:c/ Ríos Rosas, 1928003 MadridTel.: 91 441 46 11Fax: 91 442 61 09E-Mail: [email protected]

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Suscripción Anual:España: 48´00 € + IVAExtranjero: 60´00 €

Depósito Legal: 10.840-1958ISSN: 1137-8042

Las opiniones y conceptos en estaRevista son de responsabilidadexclusiva de sus autores, sin queIndustria y Minería los compartanecesariamente

Industria y MineríaNúmero: 351marzo 2003

Editorial

■ Felipe Macías

Artículos■ Evaluación y aplicación detécnicas de biorremediaciónen tres playas de la costa deMuxíaJuan F. Llamas BorrajoJosé Luis Rodríguez Gallego

■ Biorremediación.Fundamentos y aspectosmicrobiológicosJesús Sánchez MartínJosé Luis Rodríguez Gallego

■ Biorremediación. Aspectostecnológicos y aplicación alvertido del PrestigeJosé Luis Rodríguez GallegoJesús Sánchez Martín

■ Seguimiento del vertido defuel-oil del buque Prestigeutilizando imágenes satéliteJesús ArtiedaRecaredo del Potro

■ La biorremediación frenteal vertido del Exxon ValdezJosé Luis Rodríguez Gallego

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■ Experiencia de Repsol YPFen biorremediación de suelosCarlos García Fandiño

■ Técnicas analíticas:identificación de familias decompuestos. Extracción yanálisis de muestras depetróleoM.J. García MartínezJ.E. Ortiz

■ Biomarcadores y su utilidaden la evaluación de labiodegradación del petróleoJ.E. OrtizM.J. GarcíaJ.L. Rodríguez Gallego

■ La dinámica marinaT. TorresJ.E. Ortiz

■ Bases para una valoraciónde riesgo ambiental delderrame del PrestigeA. de la TorreM. CarballoM.J. Muñoz

■ La evaluación de riesgosambientalesEduardo de Miguel

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SUMA

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Número Monográfico dedicado a

BIORREMEDIACIÓN

Industria y Mineríanº 351 marzo 2003

AGUA • MEDIO AMBIENTE • MINERÍA

ENERGÍA • METALURGIA • GEOLOGÍAConsejo Superior de Colegios

de Ingenieros de Minas

Presidente de la SociedadEspañola de Ciencia del Suelo

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Al Ingeniero de Minas, que es el primer Ingeniero Civil que surge en España, se le suele relacionar tradicionalmente con la exploración,investigación, explotación, beneficio, elaboración, transformación o utilización de algunos de los recursos naturales de la Tierra, como rocasy minerales, aguas subterráneas, aguas minerales y termales, petróleo, gas natural y otros recursos geológicos, o con el espacio subterráneoen general, actividades que realiza de una forma segura, económica y ambientalmente aceptable, dentro del marco actual del desarrollosostenible.

Sin embargo, la amplitud y calidad de los conocimientos teóricos y prácticos que recibe durante su formación académica en materiade Energía y Combustibles; Metalurgia y Materiales; Laboreo y Explosivos; Ingeniería Geológica, Gestión de Recursos, Agua y MedioAmbiente, junto con los aspectos económicos y legales de la gestión y dirección de organismos y empresas directa o indirectamenterelacionadas, le convierten en uno de los técnicos más versátiles y prestigiados de cuantos existen en el mercado laboral.

Los Ingenieros de Minas

• Informes.• Estudios.• Anteproyectos.• Proyectos.• Direcciones Técnicas de fábricas e

instalaciones industriales.• Direcciones Facultativas de minas,

canteras, usos de explosivos yestablecimientos de beneficio.

• Direcciones de Obra.• Seguridad y prevención de riesgos

laborales.

• Mantenimiento de maquinaria einstalaciones.

• Organización del trabajo.• Recursos humanos.• Automática.• Informática.• Topografía y teledetección.• Legalizaciones, aperturas, ampliaciones

y traslados de industrias.• Licencias de obras y licencias de

actividad.• Certificaciones.

• Instalaciones de transporte, distribucióny utilización de agua, gas y electricidad.

• Asesorías y Auditorías técnicas yambientales.

• Estudios de viabilidad técnica, económicay ambiental.

• Planificación y Análisis de inversiones.• Dictámenes y Peritaciones.• Tasaciones y Valoraciones.• Gestión de aguas, subvenciones e

incentivos.

A título meramente informativo y no limitativo, los Ingenieros de Minas realizan:

Campos de trabajo:Campos de trabajo:GESTIÓN DE RECURSOS Y MEDIO AMBIENTE

•Ordenación del Territorio. Planificación y gestión de Recursosminerales; Aguas subterráneas; Aguas minerales y termales; Petróleo yGas Natural; Espacio subterráneo y otros Recursos geológicos.

•Teledetección y técnicas de información geológica y ambiental.Cartografía temática. Sistemas de información geográfica.

•Riesgos geológicos y ambientales. Prevención y Corrección.•Patrimonio geológico y minero. Defensa y conservación.•Espacio subterráneo para uso urbano, industrial o almacenamiento

de residuos radiactivos e industriales.•Impacto Ambiental. Estudio y Evaluación. Prevención, corrección y

restauración.•Residuos sólidos urbanos y Residuos especiales. Efluentes líquidos

y gaseosos. Gestión integral. Recuperación, Reutilización, Reciclaje yalmacenamiento.

•Descontaminación de suelos.•Restauración de taludes, escombreras, vertederos y espacios

degradados. Integración paisajística.•Análisis del Ciclo de Vida del Producto.

ENERGÍA Y COMBUSTIBLES

•Petroquímica y carboquímica.•Combustibles fósiles y nucleares.•Generación, transporte, distribución y utilización de la energía.•Centrales térmicas, nucleares e hidroeléctricas.•Energías renovables.•Ahorro, eficiencia y diversificación de la energía.•Cogeneración.•Tecnología nuclear.•Nuevas tecnologías energéticas.

AGUA

•Hidrogeología. Prospección, captación, distribución y utilización deaguas subterráneas.

•Tecnología y gestión integral del agua. Depuración y desalinización.•Cartografía hidrogeológica. Vulnerabilidad a la contaminación de

acuíferos.

INGENIERÍA GEOLÓGICA

•Prospección geofísica y geoquímica.•Geotecnia.•Cimentaciones.•Estabilización, auscultación y drenaje de taludes, escombreras,

túneles y obras subterráneas.•Cartografía geológica y geotécnica.

LABOREO Y EXPLOSIVOS

•Modelización y evaluación de yacimientos.•Diseño, planificación y dirección de explotaciones de minas,

canteras, salinas y escombreras.•Diseño, excavación, sostenimiento, ventilación, servicios y control

de túneles y obras subterráneas.•Fábricas y depósitos de explosivos.•Pirotecnia.•Voladuras y demoliciones.•Plantas de preparación, tratamiento, recuperación y reciclaje de

minerales, rocas, residuos y otros materiales.•Plantas de mortero, hormigón y aglomerado asfáltico.•Plantas de molturación y micronización.•Industrias del cemento, piedra natural, potasa, cal, yeso, cerámica,

arcillas especiales, carbonatos, talco, cargas, pigmentos,aglomerantes y otras rocas y minerales industriales.

METALÚRGICA Y MATERIALES

•Fundiciones y acerías.•Técnicas de unión y conformado.•Materiales de construcción, metálicos, cerámicos, plásticos y

compuestos.•Nuevos materiales.•Sinterizados.•Refractarios.•Reciclado de metales y residuos.

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El vertido de hidrocarburos por parte del Prestige ha traído alas costas de Galicia y, en menor medida, a las del Cantábrico, unnuevo desastre cuyas consecuencias económicas y ambientalestodavía no es posible evaluar con rigor. Además de las afeccionesdirectas a diferentes niveles de la cadena trófica y de lacontaminación inicial de las aguas, se ha producido laacumulación de las fracciones de hidrocarburos de mayorpersistencia y peligrosidad en los sedimentos, rocas y suelos, tantosubacuáticos como litorales. Es en estos medios, de extraordinariavariedad de condiciones biogeoquímicas, donde existencomponentes y condiciones que pueden conducir a la degradaciónrápida de los contaminantes, o bien favorecer su estabilizacióndurante períodos de tiempo prolongados, aumentando así elriesgo de absorción y acumulación en la cadena trófica. Laexistencia de adsorbentes, como los coloides arcillosos o el humus,presentes en diferentes condiciones y calidades en muchos sueloslitorales, o las condiciones de anoxia, como la existente en variostipos de suelos de marisma y sedimentos subactuáticos profundosen zonas de elevado aporte orgánico (p.e. bajo las bateas demejillón o en áreas próximas a vertidos urbanos o industriales)

son, entre otros, algunos factores que modifican fuertemente la persistencia, en formametaestable, pero activa biológicamente, de muchos hidrocarburos.

La sensibilidad de cada sistema frente a un determinado contaminante es el factorcrítico. Cuando se supera su "Carga crítica de contaminantes", los suelos y lossedimentos mutan su papel de protector de los ecosistemas superficiales, en los quegeneralmente actúan como sumideros, pasando de forma explosiva a convertirse en lafuente de contaminación que degrada rápidamente a los sistemas más sensibles, comoel agua y la biota en contacto con ellos. Por ello, es necesario realizar no sólo estudiosque determinen la sensibilidad de cada sistema, sino también conocer con precisión lacomposición y especiación de las sustancias nocivas y su evolución en cada tipo decondiciones, así como los factores naturales o tecnológicos que permiten unaaceleración de su destrucción.

En el caso de los vertidos del Prestige, aunque algunas moléculas puedandescomponerse más adecuadamente por medio de reacciones anaerobias, son losprocesos oxidativos, producidos por acción del oxígeno y/o los nitratos y elmetabolismo microbiano, los mecanismos con mayores posibilidades de degradarrápidamente la mayor parte de los compuestos existentes en el vertido. Son las técnicasde recuperación de suelos conocidas internacionalmente como "Biorremediación",las que presentan los resultados más satisfactorios, lo que resulta lógico, puesto que enrealidad se trata de los propios mecanismos inventados durante millones de años por laNaturaleza para conseguir la colonización por organismos vivos de los sistemascontaminados. En todo caso estas técnicas, relativamente novedosas en cuanto a suutilización en la recuperación de suelos y sedimentos, deben ser conocidas y ensayadasantes de su aplicación, estableciendo los protocolos más adecuados en cada caso.Además, es necesario formar técnicos que conozcan los métodos de estudio de loshidrocarburos y los diferentes procedimientos tecnológicos que ofrece labiorremediación. Por ello, la iniciativa del Consejo Superior de Colegios deIngenieros de Minas con la organización y celebración en Vigo del "Curso sobreBiorremediación aplicada a los productos petrolíferos" y la edición de este númeromonográfico con artículos de excelentes especialistas del tema, coordinados por elprofesor Juan Llamas, es, no solo oportuna, sino que viene a contribuir poderosamentea la pronta solución del problema del Prestige y a la divulgación de esta importanteherramienta de recuperación de suelos, sedimentos y aguas contaminadas, a laSociedad y a las diferentes administraciones con competencias sobre el tema.

Felipe Macías VázquezCatedrático de Edafología y Química Agrícola

Presidente de la Sociedad Española de Ciencia del Suelo

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CULO Evaluación y aplicación de

técnicas de biorremediación entres playas de la costa de Muxía

Juan F. Llamas BorrajoDr. Ingeniero de MinasCatedráticoE.T.S. de Ingenieros deMinas de Madrid

José Luis Rodríguez GallegoIngeniero de MinasProfesor AsociadoE.T.S. de Ingenieros deMinas de Oviedo

Praia Moreira.

ntes de pasar al pro-yecto propiamente di-cho, quisiéramos co-

mentar otros aspectos, no pu-ramente técnicos, relaciona-dos con el mismo.

Dentro del proyecto, se hadesarrollado en Vigo, en eledificio del Rectorado, duran-te los días 25 a 27 de marzo,el Curso sobre "Biorreme-diación aplicada a los pro-ductos petrolíferos" al queasistieron 49 alumnos, deayuntamientos, empresas, pe-riodistas, profesores, quími-cos, biólogos, ... si bien la ma-yoría eran de la propia Escue-la de Minas. Muchos de losalumnos del curso ya han ma-

Ante la magnitud del desas-tre ocasionado por el acci-dente del Prestige, el ConsejoSuperior de Colegios de Inge-nieros de Minas acordó finan-ciar un proyecto para evaluarel potencial de las técnicas debiorremediación como méto-do de recuperación de lascostas afectadas. Las Escuelasde Minas de Madrid y deOviedo con experiencia eneste campo fueron las encar-gadas del desarrollo del pro-yecto. En lo que sigue se ha-blará tan solo del proyecto,actualmente en marcha y conunos primeros resultados quepermiten ser muy optimistas.

Due to the extension of thedisaster caused by the acci-dent of the Prestige, the"Consejo Superior de Cole-gios de Ingenieros de Mi-nas" agreed to fund a pro-ject to evaluate the poten-tial of the bioremediationtechniques as a method ofrecovery of the affectedcoasts. The Schools of Minesof Madrid and Oviedo,which have experience inthis field, are in charge ofthis project. This paper dealswith the project, which atthis moment is in progresswith some results that arevery encouraging.

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nifestado su interés en cola-borar en el desarrollo delproyecto, y esperamos quesea del curso de donde salganlos técnicos que probable-mente tengan que aplicar es-tas técnicas en otros puntosde la costa.

A su vez, los alumnos de ter-cer curso de la Escuela de Mi-nas de Madrid que cursan lasasignaturas de "Geoquímica"y "Análisis Instrumental", jun-to con los de "Fundamentosde Geoquímica" de la titula-ción de Ingeniero Geólogo,van a realizar este año susprácticas de laboratorio en lastres playas seleccionadas. Estasprácticas consistirán en la to-ma de datos analíticos encampo y en su interpretación,y se llevarán a cabo en dos pe-ríodos, del 11 al 14 y del 26 al30 de abril. Para ello se hacontado con la inestimable co-laboración de la Xunta deGalicia y del Ayuntamientode Muxía; así como, con lanecesaria coordinación de laJefatura de Estudios de la Es-cuela de Minas de Madrid.

Introducción y grupo deinvestigadores

La biorremediación es unaherramienta que puede serutilizada con eficacia en cier-tos entornos contaminados ycuyos mayores éxitos docu-mentados se han obtenidofrente a vertidos de hidrocar-buros. Es un proceso lento,pero económico, si se efectúaadecuadamente, y no esagresivo con el medio, ya quelos contaminantes son mine-ralizados por los microorga-nismos, siendo incorporadosen la biomasa. No existen ennuestro pais experiencias di-rectas encaminadas a evaluarla eficacia de los métodos debiorremediación de ambien-tes litorales contaminadospor vertidos de hidrocarburosde petroleo, por lo que el ac-cidente del Prestige consti-tuye una circunstancia idóneapara evaluar, aprovechando

la experiencia acumulada enotros casos como el del ExxonValdez, la eficacia de los mé-todos de biorremediacion pa-ra afrontar este problema.

El proyecto presentado pre-tende desarrollar este aspectomediante la realización de unestudio amplio a escala de la-boratorio, a escala piloto so-bre el terreno, y, si se conside-ra procedente, a escala realque permita la evaluación yselección de las técnicas debiorremediación (bioestimula-ción o bioaumentación) másadecuadas para la degrada-ción de los hidrocarburos quepermanezcan en las playasafectadas después de la finali-zación de las labores de lim-pieza. Para ello, se realizaráuna caracterización químico-física y microbiológica de losemplazamientos, seguida delaislamiento, identificación ycaracterización de microorga-nismos con capacidades de-gradativas a partir del am-biente contaminado. A partir

Coido deCuño.

de aquí, se elaborará un pro-tocolo práctico de biorreme-diación (bioaumentación y/obioestimulación) en el que seconsideren conjuntamentelos aspectos químicos y micro-biológicos (selección de lasmezclas bacterianas, si seaplican, concentración, com-plementación nutricional delmedio, si es necesario) y deoperación: diseño, aplicaciónde los productos necesarios ymedida de los parámetros crí-ticos durante el proceso, con-cretamente concentración debacterias, sean alóctonas oautóctonas, y desaparicióndel contaminante. El procesode aplicación de esta tecnolo-gía sobre el terreno llevaráun escrupuloso control de to-do tipo de riesgo biológicoen el que se pudiera incurrir.

Los trabajos se desarrollaránen las calas y playas de Arne-la, Moreira y Coido de Cuño,situadas todas ellas al sur deMuxía; por lo que el conoci-miento del entorno costero yde su relación con los factoresprincipales que afectan a labiorremediación se consideracapital. Por último para estaintroducción, pero no menosimportante, creemos que elproyecto propone un aborda-je interdisciplinar, lo que esdecisivo para abordar de unaforma integral todos los obje-tivos del mismo. Así el grupode investigadores es variado yabarca, a nuestro entender, a

Praia Moreira.

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CULO

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zarán en los trabajos; más ade-lante se detallará, en concreto,el tipo de trabajo específico quese utilizará en cada playa.

En general, el modelo de traba-jo que se siga intentará repro-ducir en sus vertientes más exi-tosas los métodos empleadosen la remediación del vertidodel Exxon Valdez. Para ello, enun primer momento, ya se harecopilado la información bi-bliográfica y los informes exis-tentes sobre el empleo de labiorremediación tras el citadoaccidente. Por otra parte, lametodología utilizada se basa-rá en técnicas químicas y micro-biológicas de probada eficaciaen trabajos de investigación si-milares en suelos o sobre resi-duos pesados de refinería reali-zados en los laboratorios de laUniversidad de Oviedo y de laEscuela de Minas de Madrid.

El objetivo del proyecto es laevaluación, selección y apli-cación de las técnicas de bio-rremediación más adecuadaspara la degradación de loshidrocarburos que, despuésde la finalización de las la-bores de limpieza física, per-manecen en las playas afec-tadas por el fuel objeto delproyecto.

Consideraciones de partida

Como criterio general se con-sidera que el proceso puedellevarse a cabo (con diferen-cias según se trabaje sobre ro-ca o sobre arena) con la com-binación de un producto sur-factante o dispersante quepermita la emulsión de los hi-drocarburos y un fertilizante

profesionales competentes enlos muchos aspectos contem-plados, sin descartar ni poste-riores incorporaciones ni todala ayuda que las administra-ciones competentes puedansuministrar:

• Juan F. Llamas Borrajo yMª. Jesús García Martí-nez, Ingenieros de Minasdel Dpto. de IngenieríaQuímica y Combustibles dela Universidad Politécni-ca de Madrid.

• Jorge Loredo Pérez y JoséLuis Rodríguez Gallego,Ingenieros de Minas delDpto. de Explotación y Pros-pección de Minas de la Uni-versidad de Oviedo.

• Jesús Sánchez Martín yAna Isabel Peláez, Dpto.de Biología Funcional de laUniversidad de Oviedo.

• Trinidad de Torres Pérez-Hidalgo y José EugenioOrtiz Menéndez, Ingenie-ros de Minas del Dpto. deIngeniería Geológica de laUniversidad Politécnica deMadrid.

• Enrique Chacón Oreja, In-geniero de Minas del Dpto.de Matemática Aplicada alos recursos Naturales de laUniversidad Politécnica deMadrid.

Entre los medios, además delos propios de los departamen-tos involucrados, se cuenta conlos del Laboratorio de Estra-tigrafía Biomolecular (LEB)(http://www.minas.upm.es/leb.htm). También se está en con-tacto con otros expertos de laUnión Europea y se esperacontar con la colaboración dela Universidad de Santiagode Compostela, en concretocon el equipo del profesor Fe-lipe Macías, quienes iríanasumiendo mayor protagonis-mo de las actuaciones futuras.

Metodología general

En este apartado se describiránbrevemente los procedimientosanalíticos, de muestreo y de ca-racterización in situ que se utili-

que aumente la presencia denitrógeno y fósforo disponi-ble. Este enfoque puede per-mitir que se reduzca la con-centración de hidrocarburos yevitar la acumulación definiti-va de los no degradados en elsedimento marino. Pese a sereste el procedimiento generalmás recomendado, hay másposibilidades que deben estu-diarse (por ejemplo, en el casodel Exxon Valdez se utilizó elInipol por ser el único produc-to comercialmente disponibleen las cantidades necesarias).

La influencia de la temperatu-ra va a ser obvia en cuanto aque en los meses más cálidosla acción microbiana se refor-zará, aunque pueden apare-cer escenarios adicionales si elfuel se licúa con las altas tem-peraturas. La dinámica marinalleva meses ayudando a reti-rar residuos de la costa, cola-bora en la oxidación, etc.,aunque, por otro lado, fuertesmareas pueden impedir laaplicación de productos o evi-tar que se fijen los microorga-nismos si se efectúa algún ti-po de bioaumentación, por loque se idearán sistemas paraevitar este problema.

La biorremediación ha tenidoéxitos y fracasos en playas dearena y en zonas rocosas Encuanto a playas de piedra oacantilados, el problema ope-racional es grande ya que nose tienen las facilidades demuestreo, analítica, etc. quehay en una arena, la aproxi-mación requiere fuentes oleo-fílicas de nutrientes y biosur-factantes, siendo conscientesde que la monitorización dela eficiencia del proceso debiorremediación deberá ba-sarse en el estudio de los bio-marcadores y de que la eva-luación global deberá tenerun marcado componente vi-sual, que afectará al diseñodel muestreo (estratificado).En las zonas arenosas todo esmás fácil (se puede plantearin situ, o incluso ex situ enfunción de las mareas, el me-

Arnela.

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nos, los siguientes experimen-tos de biorremediación:

• Bioaumentación con bacte-rias autóctonas, medianteun consorcio preparado conparte de las aisladas en laprimera fase.

• La experiencia existente yla prudencia necesaria norecomiendan la utilizaciónproductos con "bacteriascomerciales", por lo que sedescarta.

• Bioestimulación mediantefertilizantes (la selección deéstos es un punto clave detodo el trabajo). Probable-mente más importante quesu composición químicapuede ser su "físico" y surelación con las mareas. Enestos momentos ya se han

dio es más o menos homogé-neo, es fácil parcelar, etc.).

En lo que se refiere a losplazos, es imposible prede-cir la efectividad que van atener los tratamientos asícomo su duración. Cabe re-cordar que en las costasafectadas por el vertido delExxon Valdez la biorreme-diación ocupó tres o cuatroperíodos de varios meses (elproblema eran allí las bajastemperaturas) y no se cerróel tratamiento hasta más detres años después del verti-do; es más, el informe finalsobre el conjunto de las la-bores de limpieza no se pu-blicó hasta 1997 (ochos añosdespués del vert ido). Enprincipio, la financiación ac-tualmente existente permiti-ría un trabajo que no iríamucho más allá del verano,tiempo que consideramossuficiente para completarlos objetivos marcados.

Protocolo general

Una vez obtenidos todos losdatos del muestreo (ver deta-lles para cada playa en elpunto 3 y metodología a par-tir de 2.3), se dividirán en va-rias parcelas las zonas selec-cionadas. En ellas se procede-rá a la realización de, al me-

iniciado contactos con lossuministradores para conse-guir cantidades pequeñascon las que realizar los en-sayos. Las posibilidades sonmuy diversas: briquetas,gránulos (“Customblen”),“Inipol” (fertilizante oleofí-lico líquido), Sea Weed(proyecto basado en algascon efecto surfactante), sur-factantes de origen químicobiodegradables, sales mine-rales y otros productos.

• Experimentos de control. • Bioaumentación con bac-

terias procedentes de lacolección del grupo quelleva adelante el proyecto,aisladas todas ellas en zo-nas de vertidos de produc-tos similares en diferentespuntos de la Península. Eneste caso, se llevará un es-crupuloso control de todotipo de riesgo biológico enel que se pudiera incurrir,según se indica al final delpunto 2.6.

La monitorización que se rea-lice con posterioridad al iniciode los ensayos abarcará los si-guientes parámetros:

• Niveles de nutrientes en el"agua de poro" de las pla-yas para controlar la per-manencia de éstos y paraevitar la eutrofización.

• Control de la dinámicacostera.

• Actividad microbiana.• Degradación de hidrocar-

buros (con biomarcador:Hopano; medida de TPH,PAHs y fraccionamiento enalifáticos, aromáticos y resi-nas+asfaltenos).

Determinaciones ‘in situ’

Para la determinación de pa-rámetros ambientales sobreel terreno, se cuenta con lo si-guientes equipos:

• Terminales y electrodos detodo tipo, para la medidade pH, Eh, conductividad,salinidad, oxígeno disueltoy temperatura.

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Praia Moreira.

PraiaMoreira.

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CULO con destino al aislamiento

de microorganismos espe-cializados se tomaran encondiciones estériles, si-guiendo un protocolo esta-dístico que asegure su re-presentatividad.

• Los experimentos que se rea-licen en las diferentes par-celas acotadas para ello,contarán con un diseño es-tadístico previo y con con-trol del mismo tipo. Tam-bién se tratará de conseguirque los posibles efectos po-sitivos sean visibles y com-parables con zonas de con-trol no tratadas.

Métodos químicos

• Cuando se considere nece-sario, se realizará una ca-racterización de la frac-ción inorgánica de lasmuestras, para lo que seutilizará analítica tipoplasma (ICP), absorciónatómica y rayos X.

• La medida de hidrocarbu-ros totales (TPH) y conteni-do en hidrocarburos polia-romáticos (PAHs), se reali-zará por medio de espec-trometría infrarroja (IR-FT)y el cálculo de índices debiodegradación, mediantecromatografía de gases-espectrometría de masas(GC-MS), con respecto abiomarcadores como pris-tano y fitano, en una pri-mera aproximación, y ho-panos en una segunda másfina. Esta última técnicatambién permitirá deter-minar el fraccionamientoactual del fuel y el estudiode cada una de las fraccio-nes (alifáticos, aromáticos,resinas y asfaltenos).

Métodos microbiológicos

• A partir de las muestras re-cogidas, se llevarán a cabodiluciones en agua marinaestéril y siembra en placasde distintos medios sólidos(sintético, semisintético ycomplejo). De esta forma,podremos realizar recuen-

• Métodos geoquímicos decampo, para medir la pre-sencia de hidrocarburos vo-látiles y semivolátiles (TCD,semiconductores, cromató-grafo portátil, FID y PID).

• Espectrofotómetros decampo, para la determina-ción de contenido en nu-trientes y de metales.

• Se ensayará el uso de lámpa-ras UV para el cartografiadode las zonas contaminadas.

• GPS para georeferenciar to-da la información.

En la primera fase está previs-to contar con la colaboraciónde los alumnos de las asigna-turas de "Análisis Instrumen-tal", "Geoquímica" y "Funda-mentos de Geoquímica" delas titulaciones de Ingenierode Minas e Ingeniero Geólo-go, de la Universidad Politéc-nica de Madrid, para la reali-zación de dos campañas in-tensivas de determinaciones"in situ".

Procedimientos de muestreo y de diseño deexperimentos

• Los muestreos que se reali-cen, se efectuarán con son-das manuales tipo Auger osemimecánicas ("rusa" omuestreadores de sedimen-tos). Los procedimientos se-guirán mallados regulares,en la medida de lo posible,para facilitar el tratamientoestadístico y geoestadísticode los datos.

• Las muestras de sustratoscontaminados (arena, roca,fuel puro, suelo, agua etc.)

tos del número de bacteriaspresentes en las distintasmuestras. Por otra parte, seaislará el ADN total a partirde las mismas muestras, loque nos permitirá despuésllevar a cabo un estudio mascompleto de todas las bac-terias, incluyendo aquellasque no crecen en los mediosde cultivo.

• Identificación mediante téc-nicas moleculares, que con-sisten esencialmente en laamplificación del gen delARN ribosomal 16S, utilizan-do oligonucleotidos conser-vados de eubacterias comoiniciadores en reacciones deamplificación en un equipode PCR. Una vez amplificadoel fragmento, se procederá asu secuenciación en un equi-po automático multicapilar.Las secuencias obtenidas se-rán comparadas a otras deespecies conocidas mediantebúsquedas BLASTN en basesde datos GenBank + EMBL +DDBJ + PDB, utilizando elWeb-Service NCBI (www.nc-bi.nlm.nih.gov/blst).

• Se obtendrán imágenes de lascepas mediante microscopíalaser confocal y con otras téc-nicas de microscopía óptica.

• La identificación de las bacte-rias es una información muyvaliosa que nos permitirá "in-ferir" en una primera aproxi-mación sus capacidades de-gradativas, ya que consultare-mos en las bases de datos ge-nerales (PubMed: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/en-trez/query.fcgi; Scirus: http://www.scirus.com/) y en las ba-ses de datos de microorganis-mos degradativos (http://bsd.cme.msu.edu/bsd/in-dex.html, Universidad deMichigan; http://umbbd.ahc.umn.edu, Universidadde Minnesota) todo lo re-ferente a los distintos géne-ros y especies aislados ennuestro trabajo.

• La medida de la cinética delos procesos degradativos yevaluación inicial de la posi-ble producción de biosurfac-tantes por las bacterias selec-

Arnela.

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b) Si hubiera algún tipo deduda o se requiriera certifi-cación, el grupo que desa-rrolla el proyecto ha cola-borado anteriormente conmicrobiólogos especializa-dos en patogeneidad bac-teriana del Hospital Cen-tral de Asturias, por loque se contaría con su apo-yo para realizar las pruebasque fueran necesarias.

Propuestas para cadaemplazamiento

Realizada una primera visita ala zona y teniendo en cuentalas consideraciones del perso-nal que allí ha trabajado du-rante estos meses, se propo-nen las siguientes actuaciones.

Playa de Arnela de Muxía

Descripción

Se trata de una cala en formade semicírculo compuesta porsedimentos de todo tipo, aun-que fundamentalmente abun-dan arenas y bolos de tamañomedio. El acceso se realiza poruna pista "ad hoc" realizadacon escoria suministrada porFerroatlántico. La contami-nación se aprecia en las rocasmás alejadas del batir de lamarea, en pequeños grumosaislados sobre la arena y, enésta última, también en partí-culas finas que se entremez-clan con el grano mineral.

cionadas. Para analizar la ca-pacidad degradativa de lasbacterias utilizaremos me-dios de cultivo sintéticos, enlos que la fuente de carbonoserán los diferentes residuosdel fuel obtenidos en los lu-gares contaminados.

• El crecimiento bacterianose analizará espectrofoto-métricamente mediante lamedida de la densidad óp-tica a 660 nm. En paralelo,se realizarán diluciones ysiembra en placa, para ana-lizar el número de viables.De esta forma se obtendráuna relación DO/número deviables para cada bacteria,que relacionaremos a lo lar-go del crecimiento con lautilización del petroleo y/osus componentes comofuente de carbono.

• Para medir el potencial bio-surfactante o bioemulsio-nante utilizaremos un ensa-yo que consiste en la medi-da del volumen ocupadopor la fase acuosa (mediode cultivo libre de células)en una mezcla con hidro-carburos (por ejemplo, die-sel), utilizando como con-trol un volumen equivalen-te de agua.

• En el diseño de mezclas debacterias adecuadas paraensayos de bioaumenta-ción, se utilizarán los mi-crorganismos aislados enlas playas y los que disponeel grupo solicitante, portrabajos previos.

• En el caso en el que se libe-raran en el medio contami-nado microorganismosalóctonos, su posible carác-ter patógeno se analizaríapreviamente, mediante undoble procedimiento:a) La correcta identificación

del microorganismo en ellaboratorio permitirácontrastar su identidadcon la bibliografía y lasbases de datos disponi-bles, con lo que se descar-taría el carácter patóge-no o algún otro proble-ma, siempre antes de suutilización.

Valoración

Parece un lugar adecuado,por su pequeño tamaño, paraefectuar un muestreo exhaus-tivo y, por su moderada con-taminación, para realizar en-sayos de biorremediación;además, el acceso de maqui-naria es complicado, por loque otros métodos tendríanserios problemas. Por otraparte, el uso turístico del em-plazamiento se nos ha sugeri-do reducido, por lo que nohabría apreturas de tiempode cara al verano.

Programa de trabajo

a) Arenas. En un primer mo-mento, se efectuará unmuestreo muy detallado(con una malla de 10 por10 metros) de la zona are-nosa. La caracterización insitu se realizaría con losequipos de medida directaya descritos y se estudiaría,mediante sondas manua-les, el sedimento en pro-fundidad. También se to-marían muestras en el nú-mero necesario para la ca-racterización química y mi-crobiológica. En posterio-res estancias, se verificaríanlos resultados del muestreoen algunos puntos para te-ner así una idea clara de lavariabilidad de la situación.En una siguiente fase seplantearía un diseño de

ARTÍ

CULO

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Coido deCuño.

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ARTÍ

CULO

la excepción de los que apare-cen en la zona batida con ma-yor fuerza por el oleaje en ma-reas altas; no obstante, en estazona se observan grumos ais-lados de fuel.

Valoración

Las condiciones observadasno parecen favorables a la im-plementación de tratamien-tos de biorremediación (mu-cho fuel, mucho oleaje, au-sencia de variedad de sedi-mentos, no hay aportes demateria orgánica). En conse-cuencia, se sugiere que secontinúe la limpieza física dela playa mediante hidrolim-pieza o cualquier otro méto-do; tras esa fase, se podría re-evaluar la situación de la pla-ya y, entonces sí, aplicar técni-cas de biorremediación, con laexperiencia acumulada en losotros dos emplazamientos.

No obstante todo lo anterior,sí se sugiere la "preservación"en el estado actual de la zonade suelo contaminado que seencuentra tras la playa y quefue afectado por el fuel,puesto que constituye un im-portante reservorio de cepasadaptadas, que pueden serde utilidad. De otro modo,también esta zona de suelo ylos accesos a la playa podríanser descontaminados con cier-ta facilidad con un "landfar-ming", una vez finalizado elresto de las labores.

experimentos con variaspequeñas parcelas desti-nadas a probar distintosmétodos de biorremedia-ción. Las parcelas se dis-pondrían en líneas parale-las a partir de la zona in-termareal, de modo quepudiera evaluarse el efec-to del lavado; probable-mente se utilizarían fertili-zantes de liberación lenta,con un dispositivo de las-tre o de fijación para queno fueran arrastrados porla marea. Se efectuaría uncontrol periódico a partirde ese momento.

b) Rocas. Se realizará unplanteamiento similar alque se presenta para laplaya de Moreira (ver másadelante), aunque, tenien-do en cuenta la pequeñacantidad de estas, tendráuna complejidad menor.Los resultados serán útilespara contrastar con los deMoreira.

Plazos

Es imposible avanzar plazosprecisos, aunque sí disposi-ción de los primeros trabajos.En este sentido, durante elmes de abril se efectuaría elmuestreo y se tomarían lasdecisiones, con la adquisiciónde productos o la elaboraciónde "biorremedios" en el labo-ratorio, para parcelar en ma-yo, y que el proceso de bio-rremediación coincida con laépoca más favorable: tempe-raturas altas, con la consi-guiente fluidificación delfuel, menores precipitacionesy alteraciones de las mareas.

Coido de Cuño

Descripción

Es una playa bastante abiertay con una franja de suelo enla parte de atrás. El acceso serealiza fácilmente en vehículosadecuados. La playa se compo-ne de bolos de medio y grantamaño que se encuentranmuy afectados por el fuel, con

Playa de Moreira

Descripción

El acceso se realiza por carrete-ra y existe un importante espa-cio, aparentemente no conta-minado, en la parte de atrás dela playa. Se trata de un empla-zamiento bastante abierto almar, en el que aparece unagran diversidad de ambientescontaminados: arena fina apa-rentemente limpia y batida porlas olas, sedimento más gruesoque "rellena" el fondo de laplaya, amplias zonas de bolos yde roca expuesta bastante con-taminada, un pequeño caucede agua dulce que atraviesa lazona contaminada, etc. Las ob-servaciones allí efectuadas, asícomo las primeras muestras re-cogidas, sugieren la presenciade actividad microbiana.

Valoración

Aunque algunas zonas de laplaya (las rocas más mancha-das) pudieran requerir la uti-lización de medios físicos delimpieza, el resto puede con-siderarse un excelente labora-torio para la puesta en prácti-ca de ensayos de biorreme-diación, tanto en arenas (si esque se demuestran contami-nadas), como en roca.

Programa de trabajo

a) Arenas. En un primer mo-mento, se efectuaría un

Praia Moreira.

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de realizar experimentosde laboratorio previos, sepuede parcelar y aplicar al-guno de los productos bio-estimulantes disponibles enel mercado (por ejemplo elInipol EAP22 que tan bue-nos resultados ofreció enAlaska); sí es necesario unadecuado diseño de los ex-perimentos y un seguimien-to continuado, así comodemostrar la existencia debacterias en las rocas afec-tadas. Simultáneamente, seprepararía en el laborato-rio algún otro tipo de pro-ducto bioestimulante quepudiera ser de utilidad.Si se realizara algún expe-rimento de bioaumenta-ción, sería en una fase pos-terior una vez aisladas,identificadas y demostradala inocuidad de bacteriasaisladas "in situ", o bien,en todo caso, de algunasde la colección del grupo.

Plazos

Si los productos necesarios seconsiguen con rapidez y seefectúa una aplicación inicialen algunas parcelas en abril (enroca), podría haber resultados–positivos o negativos, y en to-do caso visibles a simple vista- afinales de mayo. En función deestos primeros resultados y dela valoración de la situación delas arenas se plantearía el restode los trabajos.

muestreo muy detallado(con una malla metro a me-tro) de la zona arenosa delas mismas característicasque el de la primera de lasplayas consideradas. La ca-racterización in situ se reali-zaría con los equipos de me-dida y se estudiaría median-te sondas manuales (puedetener interés realizar unacalicata en la zona de rocapara estudiar el lecho). Tam-bién se tomarían muestrasen el número necesario pa-ra la caracterización químicay microbiológica. Finalmen-te, en posteriores estanciasse verificarían los resultadosdel muestreo en algunospuntos, para tener así unaidea clara de la variabilidadde la situación.Si, según los resultados ob-tenidos, se considera nece-sario, en la siguiente fasese plantearía un diseño deexperimentos con variaspequeñas parcelas destina-das a probar distintos mé-todos de biorremediación,al modo en que se trabaja-rá en la cala de Arnela.

b) Rocas. La diversidad de ti-po de rocas en cuanto a ta-maño, orientación respec-to al mar, grado de afec-ción, contacto con aguadulce o salada y/o sedimen-tos más finos hacen muyadecuada la zona sur de laplaya para efectuar ensayosde todo tipo. Sin necesidad

Posibilidades de actuaciónadicionales y necesidades decubrir

La financiación disponible(27.000 euros) permite afron-tar muy ajustadamente el tra-bajo propuesto, y la apariciónde imprevistos puede provo-car serios problemas. Una si-tuación más holgada se pre-tende conseguir mediante so-licitud de proyectos en convo-catorias oficiales, pero de mo-mento estas no se han produ-cido. De conseguirse financia-ción adicional o colaboraciónextensa por parte de los orga-nismos competentes, se plan-tearían las siguientes actuacio-nes y mejoras adicionales:

• Se dispondría una personafija en la zona que controla-ra los procesos y que reduje-ra el número de viajes a lazona (necesariamente, defrecuencia semanal, en al-gunas fases).

• Se podrían adquirir equiposadicionales a los que se dis-pone para complementar ymejorar el trabajo (Petro-Flag para medida de hidro-carburos ‘in situ’ y respiró-metro para controlar la acti-vidad bacteriana).

• Se podría realizar una cola-boración con investigadoresbritánicos y alemanes deamplia experiencia, con losque ya se tiene contacto,para la aplicación de pro-ductos biosurfactantes.

• Se podría abordar el estudiode la evolución del fuel depo-sitado en el fondo marinocercano a la costa, para loque ya se han establecidocontactos con Océano Alfa,una organización de bucea-dores profesionales que haestado trabajando en la zona(http://www.oceanoalfa.com).

• Los aspectos de valoraciónde riesgos, dinámica de lasplayas y, en general, todo elseguimiento geoquímico ymonitorización se podríanrealizar con mucha mayorholgura, disponiendo depersonal fijo en la zona.

ARTÍ

CULO

1 1

Praia Moreira.

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ARTÍ

CULO

BiorremediaciónJesús Sánchez MartínMicrobiólogoProfesor Titular

José Luis Rodríguez GallegoIngeniero de MinasProfesor Asociado

Universidad de Oviedo

-Valores de referencia-Análisis de riesgos-Permisos

-Nutrientes-Humedad-Aireación-Inóculo

BIORREMEDIACIÓN

REGULACIÓN LEGAL

MUESTREO

MÉTODOS ANALÍTICOS

TECNOLOGÍA APLICADA

IN SITU VS. EX SITUCOMBINACIONES

OPTIMIZACIÓN

MICROBIOLÓGICA

CARACTERÍSTICAS DELCONTAMINANTE

-Composición-Propiedades-Toxicidad

-Estadística-Procedimientos

-Adecuación-Control de calidad

-Land treatment-Bioslurry-Compostaje-Bioventing

Figura 1.Parámetrosimplicados en labiorremediación(modificada deWalter yCrawford, 1997).

• Líquido: aguas superficia-les y subterráneas, aguasresiduales.

• Gases: emisiones industria-les, así como productos deri-vados del tratamiento deaguas o suelos.

También se puede realizar unaclasificación en función de loscontaminantes con los que sepuede trabajar (Alexander,1999; Eweis et al., 1999):

• Hidrocarburos de todo ti-po (alifáticos, aromáticos,BTEX, PAHs,...).

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

• Compuestos nitroaromáticos(TNT y otros).

• Metales pesados: Estos no semetabolizan por los microor-ganismos de manera aprecia-ble, pero pueden ser inmovi-lizados o precipitados.

• Otros contaminantes: Com-puestos organofosforados,cianuros, fenoles, etc.

¿Cuáles son las ventajas técni-cas de la biorremediación? Asu amplio ámbito de aplicabi-lidad en cuanto a compuestosorgánicos, como ya se ha men-cionado arriba, pueden su-marse las siguientes:

• Mientras que los tratamien-tos físicos y buena parte delos químicos están basados entransferir la contaminaciónentre medios gaseoso, líquidoy sólido, en la biorremedia-ción se transfiere poca conta-minación de un medio a otro.

• Es una tecnología poco intru-siva en el medio y general-mente no requiere compo-nentes estructurales o mecá-nicos dignos de destacar.

El artículo introduce losconceptos básicos para en-tender qué es la biorreme-diación y sus posibilidadesde aplicación (atenuaciónnatural, bioestimulación ybioaumentación). Tambiénse presenta una descripcióndel papel fundamental delos microorganismos en to-do el proceso, así como con-ceptos clave como biosur-factante y cometabolismo.

This article presents basicconcepts useful under-standing bioremediationand its possibilities of appli-cation (natural attenuation,biostimulation and bioaug-mentation). In addition, adescription of the most im-portant aspects of microbialactivity is showed with spe-cial attention focused inconcepts such as biosurfac-tant and cometabolism.

Definición, limitaciones ycampo de aplicación

La biorremediación es una tec-nología que utiliza el potencialmetabólico de los microorga-nismos (fundamentalmentebacterias, pero también hon-gos y levaduras) para transfor-mar contaminantes orgánicosen compuestos más simples po-co o nada contamiantes, y, portanto, se puede utilizar para

limpiar terrenos o aguas conta-minadas (Glazer y Nikaido,1995). Su ámbito de aplicabili-dad es muy amplio, pudiendoconsiderarse como objeto cadauno de los estados de la mate-ria (Atlas y Unterman, 1999):

• Sólido: con aplicaciones so-bre medios contaminadoscomo suelos o sedimentos,o bien directamente en lo-dos, residuos, etc.

Fundamentos y aspectos microbiológicos

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• Comparativamente, es eco-nómica y, al tratarse de unproceso natural, suele teneraceptación por parte de laopinión pública.

La biorremediación tiene tam-bién inconvenientes y limitacio-nes. Por ejemplo, la biodegra-dación incompleta puede ge-nerar intermediarios metabóli-cos inaceptables, con un podercontaminante similar o inclusosuperior al producto de parti-da. Por otra parte, algunoscompuestos, como veremos,son resistentes o inhiben la bio-rremediación. El tiempo reque-rido para un tratamiento ade-cuado puede ser difícil de pre-decir y el seguimiento y controlde la velocidad y/o extensióndel proceso es laborioso.

La aplicabilidad de esta técnicadepende de varios factores:

• Propiedades del contami-nante (biodegradabilidad).En general, los hidrocarbu-ros alifáticos se degradan rá-pidamente. Las estructurasmas ramificadas son más di-fíciles de degradar que lascadenas lineales, al producirimpedimentos estéricos. Lascadenas ramificadas de sul-fonatos de alquilo o arilo amenudo se degradan muylentamente. Los dobles enla-ces hacen la molécula másresistente, así como un in-cremento del número deanillos bencénicos. Las susti-tuciones químicas (ácidos di-carboxílicos, nitrilos, metila-

ciones, halogenaciones) tam-bién hacen la molécula másresistente. Por otra parte, labiodegradación de compues-tos que contienen N ó S estáligada frecuentemente a suutilización como nutrientes.

• Presencia de comunidadesmicrobianas adecuadas, concapacidad enzimática parametabolizar el compuesto(-s).Los microorganismos pue-den ser autóctonos (biorre-mediación intrínseca o ate-nuación) o añadidos al siste-ma para mejorar la degra-dación (bioaumentación).Sobre estos conceptos vol-veremos más adelante.

• Disponibilidad del contami-nante. Es un factor crítico,más importante que la propiapresencia de comunidadesmicrobianas. Para que la de-gradación de un contaminan-te pueda producirse, es nece-sario que interaccione con lacélula en medio acuoso. Ini-cialmente lo hará con la parteexterior de su pared para pos-teriormente ser transportadoal interior de la misma. La for-ma más común de transportees la complejación con enzi-mas extracelulares producidospor los microorganismos. Mu-chos contaminantes orgáni-cos, como los derivados delpetroleo, PCBs, hidrocarburosaromáticos policíclicos (nafta-leno, pireno, fluoreno), sol-ventes halogenados, etc., sonhidrofóbicos y tienden a ad-sorberse en el suelo, concreta-mente a la fracción orgánica(ácidos humicos, ácidos fúlvi-

cos y humina). Esta es una delas causas, por ejemplo, de lapersistencia de muchos pesti-cidas. La producción de sur-factantes por los microorga-nismos es un factor determi-nante, como veremos, queatenúa este problema y facili-ta la degradación.

• Condiciones del medio con-taminado: Propiedades quepermiten o limitan el creci-miento microbiano y el me-tabolismo del compuesto. Aveces es necesario modificarlas condiciones, por ejemplo,añadiendo nutrientes oaireando (bioestimulación).

Es evidente que no podemos lle-var a cabo un análisis de los es-tudios de biodegradación exis-tentes sobre todos los compues-tos potencialmente contami-nantes. Por ello, el texto lo cen-traremos principalmente en loshidrocarburos, ya que estoscompuestos son los implicadosen la problemática del Prestige.

Biodegradación dehidrocarburos y enfoquesmetodológicos

Las enumeraciones precedentesdejan claro que la complejidadimplicada en esta tecnologíahace inexcusable una aproxima-ción multidisciplinar, en la quela microbiología, la química y laingeniería tienen un papel im-portante. La amplitud de los as-pectos incluidos en la aplicaciónde las técnicas de biorremedia-ción se refleja en la figura 1.

Los microorganimos dotadosgenéticamente para la degra-dación pueden utilizar su po-tencial enzimático para mine-ralizar (biodegradar completa-mente hasta CO2) algunas fa-milias de hidrocarburos, o bien,simplemente, degradarlos has-ta productos intermedios, yasea en un ambiente aerobio oanaerobio (figura 2). El recorri-do, catalizado por las enzimasmicrobianas a través de los di-versos subproductos, se conocecomo ruta de degradación o“pathway” (figura 3). En cual-

Figura 2.Actividadesmicrobianas enel proceso debiorremediación.

MICROORGANISMOS:SISTEMAS

ENZIMÁTICOS

CONTAMINANTE:Carbono orgánico

TRANSFORMACIÓN-Contaminante

modificado.(Cometabolismo)

RECEPTORES DEELECTRONES:- Oxígeno- Nitratos-- Sulfatos Otros

NUTRIENTES:- Nitrógeno- Fósforo- Otros

MINERALIZACIÓN- Contaminante

transformado en CO2

y H2O.

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ARTÍ

CULO lugares afectados por el ver-

tido del Prestige. • En el caso de escasez de oxí-

geno (condiciones anaeróbi-cas), los microorganismos de-penden de otros aceptores deelectrones disponibles (nitra-to, sulfato, formas oxidadasde Fe o Mn,...). Se trata deuna biodegradación anaero-bia, cuyos mecanismos y signi-ficado se están comenzandoa comprender en los últimosaños (Heider et al., 1999)

En condiciones ideales, loscontaminantes se transforma-rían en compuestos químicosmás simples, no peligrosos pa-ra los posibles receptores nipara el medio. Desgraciada-mente, además de la propiarecalcitrancia intrínseca de lamolécula, hay bastantes facto-res que pueden limitar o im-pedir la atenuación natural enun medio contaminado; algu-nos de ellos ya los hemosapuntado (King et al., 1997):

• Carencia de nutrientes esen-ciales para los microorganis-mos (por ejemplo, nitróge-no y/o fósforo).

• Ausencia de aceptores ade-cuados de electrones (gene-ralmente oxígeno).

• Inexistencia de condicionesmedioambientales apropia-das (pH, potencial redox,humedad, temperatura).

• Ausencia de poblacionesmicrobianas con el poten-cial enzimático adecuadonecesario para degradar loscontaminantes.

• Presencia de componentestóxicos en la mezcla conta-minante.

quier caso, los procesos suelentener lugar mediante unagran variedad de interaccio-nes biogeoquímicas entre loscomponentes del suelo, elagua, los microorganismos ylos contaminantes.

Desde un punto de vista me-todológico, los tres conceptos,ya mencionados anteriormen-te, que determinan a su vezotras tantas aproximacionesprincipales a la biorremedia-ción son los siguientes:

Atenuación naturalSe denomina biorremediaciónintrínseca o atenuación natu-ral, a la que sobre muchoscompuestos orgánicos se llevaa cabo por los microorganis-mos autóctonos, principalmen-te bacterias, del medio afecta-do (Rosenberg y Ron,1996).

La capacidad intrínseca de asi-milación de un medio depen-de, como ya se ha apuntado,de las “habilidades metabóli-cas” de los microorganismosnativos, del tipo de contami-nante y, lógicamente, de lageoquímica y la hidrogeologíaen la zona. En relación con eloxígeno, y en un modelo muysimplificado, el proceso se de-finiría de la siguiente forma:

• En presencia de oxígeno(condiciones aerobias) los mi-croorganismos convertiríanen última instancia los conta-minantes en dióxido de car-bono, agua y masa celularmicrobiana (mineralización).Este proceso de biodegrada-ción aeróbica ya está tenien-do lugar en muchos de los

Si aportamos al medio algunode los elementos de los quecarece o bien potenciamos losexistentes, favoreceremos laeliminación del posible conta-minante. En muchos casos es-te tipo de intervención seránecesario para reforzar el pro-ceso natural o bien para im-plantar unas condiciones quereduzcan el riesgo. En esto sebasan las siguientes aproxima-ciones biotecnológicas:

BioestimulaciónLa bioestimulación consiste enla introducción de modifica-ciones en el medio, medianteel aporte de nutrientes, airea-ción y otros procesos (“biosti-mulation” o “enhanced biore-mediation”). En ocasiones serásuficiente añadir oxígeno me-diante aireación, aunque enotros se podría requerir la adi-ción de nutrientes o ajustes depH. En todo caso, estas aproxi-maciones son válidas siemprey cuando los microorganismosautóctonos sean capaces dedegradar el contaminante trasun proceso más o menos largode aclimatación previa.

En lo que se refiere a la adi-ción de nutrientes, la biorre-mediación requiere que estosentren en contacto con el áreaimpregnada por el contami-nante y que su concentraciónsea suficiente para soportar elcrecimiento máximo previstode la población degradadoraen el transcurso de las opera-ciones de remediación. Estosdos factores van a resultar cla-ves en los intentos de biorre-mediación en las costas afecta-das por el vertido del Prestige.

BioaumentaciónOtras líneas de investigaciónhan llevado a la introducciónde microorganismos aclimata-dos o incluso modificados ge-néticamente en el medio, conel fin de mejorar la biodegra-dación (Walter, 1997; Atlas yUnterman, 1999). Esta técni-ca funciona en condiciones delaboratorio o biorreactor, pe-ro en ambientes externos

Figura 3. Rutahabitual de

degradación delos hidrocarburosaromáticos (Riser-

Roberts, 1998;Atlas & Bartha,

2001).

OH

OH

H

H

NAD+ OH

OH

Bacteria + O2

Dioxigenasa

NADH + H+

Dihidrogenasa

Rotura del anillo

Dioxigenasa Ruta 'meta'

CHO

CHO

CHO

CHO

CHO

cis, cis- Ácido Mucónico

2- Hidroxi-cis, cis-mucónico semialdehído

Ruta 'orto'

Anillo aromático cis-Dihidrodiol Catecol

CHO

CHO

O

Ácido beta-cetoadípico

+ CoA+O2

HO OC CH2 CH2 CHO

Ácido succínico

+CH3 C SC oA

O

Acetil-CoA

-HC OO H

+H 2O

CHO

O

Ácido 2-ceto-4-pentenoico

C H3 C CHO

O

Ácido pirúvico

+

CH3 CH

O

Acetaldehído

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incremento de las tasas de de-gradación. No obstante, losproblemas de persistencia decepas modificadas en el am-biente y los aspectos legales re-lacionados con la liberación deMMG, hacen esta solución nofactible a corto plazo.

Interacciones microbianas conlos contaminantes

La capacidad de obtener en ellaboratorio, mediante manipu-lación genética, microorganis-mos con mejores propiedadesdegradativas de compuestoscontaminantes no debe oscu-recer el hecho de que, en losambientes naturales, los micro-organismos poseen una nota-ble capacidad de adaptación,lo que se favorece por su inte-gración en poblaciones dentrode una comunidad. La base deeste fenómeno se encuentra,por una parte, en la adquisi-ción de nuevas capacidadesmetabólicas, mediante meca-nismos de variación genéticaconvencionales (mutación,conversión génica, duplicación,transposición) o intercambiode genes y, por otra, en la po-sibilidad de complementaciónde las actividades metabólicasde los distintos grupos. La ca-pacidad de intercambio gené-tico entre las poblaciones, me-diante conjugación, transfor-mación y transducción se hacomenzado a analizar a nivelde laboratorio (Jaenecke etal., 1996) y constituye unafuerza directora notable en laevolución que conduce a laadaptación a nuevos ambien-tes, incluyendo los contamina-dos (Paul, 1999).

(suelo, agua) su implantacióndepende de una serie de fac-tores (Alexander, 1999).

• El tamaño de la poblaciónde microorganismos degra-dadores crece rápidamentecomo respuesta a la conta-minación del medio y esmuy difícil, si no imposible,incrementar la poblaciónmicrobiana más allá de esosvalores.

• La capacidad de carga demuchos ambientes vienedeterminada por factorestales como la presencia detoxinas, nutrientes y condi-ciones ambientales, movili-dad y/o distribución de losmicroorganismos y la pre-sencia de abundante mate-ria orgánica.

• Los microorganismos añadi-dos deben sobrevivir a losdepredadores y competircon éxito con la poblaciónautóctona antes de ocuparlos nichos potenciales.

• En general, los ambientesmás selectivos y la utiliza-ción de consorcios micro-bianos (ver abajo) favore-cen la bioaumentación.

Existen en el mercado produc-tos comerciales, ensayados enel laboratorio, que reúnen mi-croorganismos con gran poten-cial biodegradador (Korda etal., 1997).Sin embargo, la rein-troducción de microorganis-mos indígenas, aislados del si-tio contaminado y cultivadosposteriormente, es más efecti-va, especialmente cuando seacompañan de un suplementonutricional y oxígeno. Por otrolado, es probable que el desa-rrollo de microorganismos ma-nipulados genéticamente(MMG) (Timmis y Pieper,1999; De Lorenzo, 2001) pue-da en el futuro permitir abor-dar con éxito la degradación aescala real de compuestos quepor sus características químicasson resistentes. Esta aproxima-ción incluye también la amplia-ción de la capacidad degradati-va de una bacteria frente a dis-tintos compuestos, así como el

La complementación de las acti-vidades metabólicas se lleva acabo mediante relaciones de co-metabolismo y/o sintrofismo. Elcometabolismo es una actividadimportante desde el punto devista medioambiental, con mati-ces complejos, que no podemosdesarrollar en este espacio. Im-plica, esencialmente, el metabo-lismo "gratuito" (es decir, noútil para el crecimiento u obten-ción de energía) de un substra-to secundario (compuesto con-taminante) por enzimas que re-quieren otro substrato primariodiferente, el cual proporciona laenergía y/o los cofactores reduc-tores necesarios. Ambas activi-dades enzimáticas pueden serdiferentes y el resultado es, enteoría, la acumulación de pro-ductos de reacción a partir delcontaminante. En la práctica, laexistencia de otros microorga-nismos hace factible la degrada-ción posterior de esos produc-tos mediante reacciones sintró-ficas y, en última instancia, sumineralización (descartando laposibilidad, a tener en cuenta,de que dichos productos seantóxicos, y/o persistentes) (Ale-xander, 1999; Wackett yHershberger, 2001). El términode sintrofía, por tanto, implicala acción concertada de diferen-tes microorganismos sobre unsustrato(-s), mediante la combi-nación de sus actividades meta-bólicas, lo que permite su de-gradación. Esta no sería posibleen presencia de los microorga-nismos aislados. Se comprendeentonces la importancia de laspoblaciones mixtas (que a vecesse denominan consorcios) parala degradación más efectiva delos contaminantes orgánicos (fi-gura 4). Todo esto se refleja enel creciente aumento de datosexperimentales, en los que labioaumentación con consorciosmicrobianos, tanto a nivel de la-boratorio como en el campo,está produciendo resultados es-peranzadores (ejemplos aplica-dos al petróleo o sus derivadosse encuentran en Mishra et al.,2001; Vasudevan et al., 2001;Potter y Duval, 2001; Rahmanet al., 2002; Vinas et al., 2002).

ARTÍ

CULO

1 5

Figura 4:Degradación por

parte de un consorciomicrobiano de una

mezcla dehidrocarburos similar

a la vertida por elPrestige. De abajoarriba: (1) Medio

acuoso con algunasbacterias libres;(2)

emulsión agua-hidrocarburos

alifáticos y aromáticoscon bacterias en su

interior; (3) "fibrascomplejas" (posiblesestructuras micelares

de asfaltenos yresinas) en el inicio desu degradación. (Foto

tomada por losautores).

Page 17: Industria y Minería. Nº351. Biorremediacion

ARTÍ

CULO

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Figura 5.Observación almicroscopio de

contraste de fases(1000x) de bacterias

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degradando unagotícula de

hidrocarburo (gasoil).Nótese la

importancia de lainterfase y el cambiode color que denota

la producción debiosurfactante. (Foto

tomada por losautores).

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16

Page 18: Industria y Minería. Nº351. Biorremediacion

BiorremediaciónJosé Luis Rodríguez GallegoIngeniero de MinasProfesor Asociado

Jesús Sánchez MartínMicrobiólogoProfesor Titular

Universidad de Oviedo

Fotografía 1. Aguae hidrocarburos enlos intersticios entrerocas. Ensenada dela Playa de Aramaren Asturias.

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años 80 se generalizó el uso delaire y peróxidos para suminis-trar oxígeno a las zonas conta-minadas mejorando la eficien-cia de los procesos degradati-vos. Durante los años 90 el de-sarrollo de las técnicas de "airsparging" (burbujeo de oxíge-no) hizo posible la biorreme-diación en zonas por debajodel nivel freático. Al mismotiempo, la implementación enla práctica de aproximacionesexperimentales en el laborato-rio permitió el tratamiento dehidrocarburos clorados, los pri-meros intentos con metales pe-sados, el trabajo en ambientesanaerobios, etc. Paralelamente,se desarrollaron métodos de in-geniería que mejoraron losrendimientos de las técnicasmás populares para suelos con-taminados ("landfarming","composting", etc.) (Riser-Ro-berts, 1998).

En el presente se enfrenta unnuevo reto que pasa por con-vencer poco a poco a las em-presas y a los organismos oficia-les del potencial de la biorre-mediación. En algunos países sepuede ya afirmar sin lugar a du-das que la biorremediación,que una vez fue una técnicamarginal y que generaba de-masiadas dudas, ha pasado aser una verdadera industria. Es-ta ‘industria’ busca hoy porhoy seguir mejorando en unaslíneas, decididamente interdis-ciplinares, que se pueden resu-mir en los siguientes puntos:

• Desarrollo de técnicas rápi-das de biología molecularque permitan caracterizar laspoblaciones indígenas de losemplazamientos contamina-dos así como su potencial en-

ARTÍ

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En este trabajo se abordanlos beneficios de biorreme-diación frente a otras alter-nativas existentes en elmercado. También se explo-ran las posibilidades deaplicación de estas técnicasen el caso del vertido delPrestige haciendo referen-cia a los principales factoresimplicados (tipo de conta-minante, dinámica marina,productos comerciales,etc.).

In this work, the benefits ofbioremediation techniquesto reduce environmental im-pacts are studied. In order todeal with Prestige oil spill,some possible approaches ofbioremediation are present-ed; special references to themain factors implied in theclean-up of coastal sedi-ments are pointed out (typeof contaminants, marine ge-odynamic, available biore-mediation products, etc.).

Un poco de historia

A mediados del siglo XX se de-sarrollaron las primeras inves-tigaciones encaminadas a es-tudiar el potencial de los mi-croorganismos para biodegra-dar contaminantes (Zobell,1946; Davis, 1956). Este “uso”intencionado recibió entoncesel nombre de biorremediación

("bioremediation"). Las pri-meras técnicas que se aplica-ron fueron similares al "land-farming" (‘labranza’) actual ysus actores, lógicamente, com-pañías petrolíferas.

Las primeras patentes, funda-mentalmente para remedia-ción de vertidos de gasolina,aparecen en los años 70. En los

Aspectos tecnológicos y aplicación al vertido del Prestige

Page 19: Industria y Minería. Nº351. Biorremediacion

ARTÍ

CULO zimático (Theron y Cloete,

2000; Watanabe, 2001).• Integración en el proceso

de técnicas innovadoras(por ejemplo geofísica desuperficie) que ayuden acomprender y controlar losfenómenos de transportede nutrientes y otros posi-bles aditivos.

• Exploración de las implica-ciones del concepto de bio-disponibilidad ("bioavaila-bility") definido por laspropiedades físico-químicasde los contaminantes. Setrata de un factor que enun muchos casos está limi-tando la biodegradación yen otros reduciendo la toxi-cidad de los contaminantes.

• Desarrollo definitivo de téc-nicas de bioaumentaciónrealmente útiles (Major etal., 2002).

Técnicas de biorremediaciónpara contaminación porhidrocarburos

En la Tabla 1 se resumen losparámetros que aumentan odisminuyen la probabilidadde obtener resultados favora-bles en un proceso de biorre-mediación en un medio con-taminado por hidrocarburos(algunos ya se han tratadocon detalle en el anterior ar-tículo sobre Biorremediaciónen este número).

Teniendo en cuenta los facto-res reseñados el proceso sepuede llevar a cabo mediantedos aproximaciones:

• Biorremediación “in si-tu”: Consiste en tratar lasaguas, suelos o arenas con-taminadas sin sacarlas dellugar en el que se encuen-tran. Para ello, tanto enmétodos de bioestimula-ción como en bioaumenta-ción, se puede disponeruna red de bombeo de nu-trientes o un sistema deinoculación o bien una sim-ple aireación del terrenocon bombeo (“bioventing”y “air sparging”) o con ara-do (“landfarming” in situ).

• Biorremediación “ex si-tu”: Los procesos de trata-miento se llevan a cabo trasla excavación del mediocontaminado, bien en sim-ples biorreactores (técnicasde “bioslurry” para suelos),en plantas de tratamiento(técnicas “pump & treat”),en biopilas, o sobre láminasimpermeables (“landfar-ming” ex situ), etc. Las ven-tajas de estos procedimien-tos frente a los primeros ra-dican en la posibilidad deoptimizar mejor los pará-metros microbiológicos, asícomo el control del proce-so; a cambio, lógicamente,de un mayor coste.

¿Es la biorremediación unatécnica económicamenterentable?

Como premisa fundamentalhay que mencionar que la bio-rremediación es una herra-mienta que puede ser utiliza-da eficazmente en ambientescontaminados específicos. Ha-bitualmente se usa como unpaso posterior a la limpiezapor medios físicos o mecánicosde la parte más palpable delvertido o bien directamentesobre determinados residuos.Es un proceso relativamentelento que requiere meses oaños en muchas ocasiones, pe-ro muy económico si se efec-túa adecuadamente. Por otrolado, su ventaja principal con-siste en que los contaminantesson destruidos en una fasemás del ciclo del carbono, másallá de un traslado, como enel caso de otros métodos.

Una vez obtenida la certeza deque el problema que se desearesolver es abordable con técni-cas de biorremediación, es pro-bablemente una de las opcio-nes más baratas o la más bara-ta de todas. En las Tablas 2 y 3se muestran algunos cálculosrealizados por autores de reco-nocido prestigio en este campo(Walter y Crawford, 1997;Atlas y Unterman, 1999).

No obstante es preciso consi-derar otros factores ademásdel económico antes de imple-mentar un tratamiento debiorremediación. Desde elpunto de vista de los benefi-ciarios, que en el caso que nosocupa del Prestige son laspersonas que viven directa oindirectamente de la mar, elparámetro más importante esel tiempo que dura el trata-miento. En este sentido la bio-rremediación no ofrece venta-jas ya que, al menos en teoría,es más lenta que otras alter-nativas. Sin embargo, la au-sencia de agresividad para elmedio y el coste de esta técni-ca pueden ser factores quemotiven su inclusión en un

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Tabla 1. Factoresfavorables ydesfavorablesque influyen enel proceso debiorremediación.

Factores favorables Factores desfavorables

➢ Abundancia de ➢ Componentes muy hidrocarburos alifáticos pesados abundantes enlineales, escasa presencia la mezcla.de resinas y asfaltenos. ➢ Mezcla de compuestos

Características ➢ Concentraciones bajas. orgánicos e inorgánicos.químicas ➢ Presencia de poblaciones ➢ Concentraciones tóxicas.

microbianas diversas. ➢ Escasa actividad microbiana.➢ Adecuada oxigenación ➢ Ambientes anóxicos.➢ pH entre 6 y 8. ➢ pH extremos.➢ Temperaturas superiores ➢ Temperaturas bajas.

a 15ºC.

➢ Porosidad media. ➢ Rocas fracturadas.Características ➢ Elevada permeabilidad. ➢ Baja permeabilidad.hidrogeológicas ➢ Mineralogía uniforme. ➢ Compleja mineralogía.

➢ Homogeneidad. ➢ Heterogeneidad.

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mos autóctonos, la densi-dad de las poblaciones bio-degradadoras y su poten-cial enzimático (Yuste etal., 2000; Gallego et al.,2001; Röling et al, 2002).

• Estudios de laboratorio y aescala piloto, que permitanevaluar las diferentes alter-nativas de biorremediación(Skladany y Baker, 1994;King et al., 1997; Head,1998).

Más adelante, durante el de-sarrollo del proceso de bio-rremediación, la monitoriza-ción juega también un papelclave en la evaluación de laefectividad del trabajo, conel objeto de evaluar la desa-parición del contaminantecon el tiempo y la disminu-ción del riesgo para el medioreceptor (Shannon y Unter-man, 1993). En este sentidoes necesario distinguir entrela desaparición de contami-nantes por fenómenos físicoso químicos y por la acciónbiológica, para lo cual seaplican diversos procedi-mientos, como el análisis debiomarcadores (Bragg et al.,1994 y datos no publicadospor los autores).

programa de recuperación delas costas. Por otra parte, la ci-nética de los procesos biode-gradativos puede optimizarsecon un programa de trabajoadecuado, con el objeto demejorar su rendimiento.

Implementación de unprograma debiorremediación

Un programa con perspecti-vas de éxito requiere un estu-dio de “bioviabilidad” ("bio-treatability"), que contaríacon las siguientes fases:

• Revisión bibliográfica, paraobtener datos sobre la bio-degradabilidad de los conta-minantes del emplazamien-to y sobre la existencia decasos similares (Swannell etal., 1996; Prince, 1997; He-ad y Swannell, 1999).

• Estudios iniciales, para ob-tener parámetros ambien-tales de importancia: nu-trientes, presencia de acep-tores de electrones, poten-cial redox, pH, temperatu-ra, etc (Gallego et al.,2001b; Vallejo et al., 2001).

• Muestreo detallado, paraanalizar los microorganis-

Consideraciones sobre laaplicabilidad de técnicas debiorremediación en el vertidodel Prestige

En este apartado señalaremosalgunos aspectos que se de-ben considerar antes de plan-tear tratamientos de biorre-mediación en las costas afec-tadas por el vertido:

a) Tipos de hidrocarburos y suconcentraciónNo hay un límite claro estableci-do de concentraciones máximasde hidrocarburos para que labiorremediación sea efectiva.De todos modos el mayor pro-blema en el caso del Prestige loconstituye la cantidad de resi-nas y asfaltenos presentes.Mientras que la biodegradaciónafectará en primer lugar a losalcanos y parte de la fracciónaromática, el comportamientode las resinas y asfaltenos es im-predecible aunque, no obstan-te, otros procesos naturales co-mo la fotooxidación, puedencolaborar en su degradación.

b) Climatología, mareas ymovimiento de los sedimentosLa influencia de la temperatu-ra se pondrá de manifiesto encuanto a que en los meses máscálidos la acción microbiana sereforzará. La dinámica de lasplayas y acantilados puedeayudar a retirar residuos de lacosta y colaborar en la oxida-ción, pero puede igualmenteconfinar aguas contaminadasen los espacios intersticiales(fotografía 1). Hay que consi-derar también que las mareaspueden impedir la aplicaciónde productos de bioestimula-ción o dificultar la fijación delos microorganismos si se llevaa cabo algún tipo de bioau-mentación (ver "Biorreme-diación: Fundamentos y as-pectos microbiológicos" eneste mismo número). Todo es-to abre las posibilidades a tra-

Tabla 3.Beneficios

económicos de labiorremediaciónen casos reales(fuente: Atlas &

Unterman, 1999).

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Tabla 2.Costes

relativos dediversas

tecnologías deremediación

(fuente: Walter& Crawford,

1997).

Incineración Vertedero Desorción térmica Lavado de suelos Biorremediación

Costes (rango en $ por m3) 350-1.600 100-600 50-200 125-350 40-150

Aplicación Tratamiento físico Biorremediación Diferenciay/o químico (beneficio)

Suelo contaminado Excavación y "Bioventing on site": $2,8 millonespor hidrocarburos transporte a vertedero. $0,2 millones

("brownfield" urbano) Coste: $3 millones

Acuífero contaminado Bombeo, tratamiento de ‘Soil vapor extraction’ $1,75 millonespor un vertido de gasolina “air stripping” y “skimming”. y ‘bioventing’.desde un tanque enterrado Coste: $2 millones $0,25 millones.

Contaminación múltiple Encapsulamiento. Biorremediación ‘in situ’. $20 millones("superfund site") Coste: $25 millones $5 millones.

Contaminación múltiple c Bombeo y tratamiento. Bioestimulación ‘in situ’, $48 millonescon BTEX y Arsénico Encapsulamiento. bioventing y air sparging.

("superfund site") Coste: $50 millones Inmovilización biológica de metales.$2 millones.

Vertido de crudo Lavado físico, coste de Bioestimulación con Más deen el mar. $1,1 millones por kilómetro fertilizante; $0,005 millones $1 millón

de costa afectado. por kilómetro de costa afectado por km de costa

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ARTÍ

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cial mediante pequeñas catas.También es posible que, termi-nadas las labores de limpieza fí-sica, visualmente no se aprecienrestos de hidrocarburos peroaún exista una cantidad rema-nente que permanecerá adsor-bida (Swannell et al., 1996).

d) Productos para labiorremediación(bioestimulación)El objetivo de la mayoría deellos es aportar al medio lascantidades necesarias de N y Pdisponible, para permitir ladegradación de hidrocarburospor los microorganismos. Te-niendo en cuenta las caracte-rísticas del entorno menciona-das arriba, además de su com-posición química es muy im-portante su constitución físicay su interacción con las mareas.Hay varias posibilidades, algu-nas de ellas ensayadas tras elaccidente del Exxon Valdez(Pritchard, 1997; ver artículosobre el vertido en este mismonúmero) y en otros vertidos(Swannell et al., 1996):

• Briquetas o gránulos de li-beración lenta.

• Fertilizantes oleofílicos lí-quidos (el más conocido esel Inipol EAP22).

• Productos naturales con pro-piedades nutritivas y surfac-tantes (extractos de algas).

• Biosurfactantes de origenbacteriano (Emulsan, otros).

• Surfactantes de origen quí-mico, biodegradables, com-binados con sales minerales.

tamientos ex situ, especial-mente en el caso de las are-nas, aunque en este supuestodeberían ser ecólogos y exper-tos en geomorfología de cos-tas los que valorasen el riesgode excavar una gran cantidadde arena para tratarla en unrecinto controlado y luego de-volverla a su lugar original.

c) Tipo de entorno a recuperarLa biorremediación se ha apli-cado con resultado desigualen playas de arena, playas deroca y marismas. En estas últi-mas el problema fundamentalson las condiciones anóxicas, elbajo pH y la gran salinidad delos sedimentos. En cuanto a lasplayas de piedra o acantilados,el problema operacional esgrande ya que no se tienen lasfacilidades de muestreo, analí-tica, etc. que hay en una arenadebido a la heterogeneidaddel reparto del chapapote (fo-tografía 2). La aproximaciónrequiere fuentes oleofílicas denutrientes y biosurfactantes,siendo la monitorización visualmuy importante.

En las playas de arena, la bio-rremediación se puede plan-tear in situ o ex situ en funciónde las mareas. Aunque el me-dio es en principio más homo-géneo y fácil de parcelar y ai-rear, la interestratificación delas manchas y a veces el reduci-do tamaño de éstas (fotogra-fía 3) puede dificultar las ope-raciones por lo que es impres-cindible un estudio subsuperfi-

• Otros productos hipotética-mente desarrollados en elmarco de las investigacio-nes sobre el vertido delPrestige que nos ocupa.

Conclusiones

Como criterio general, consi-deramos que la aplicación detécnicas de biorremediaciónpuede ser efectiva (sobre sus-tratos de roca y/o sobre arena)con la combinación de un pro-ducto surfactante o dispersan-te que permita la emulsión delos hidrocarburos y un fertili-zante que aumente la presen-cia de Nitrógeno y Fósforo dis-ponible. Este enfoque permiti-ría reducir la concentración dehidrocarburos y evitaría laacumulación definitiva de loscompuestos no degradados enel sedimento marino.

Sin embargo, debido a la com-plejidad de los parámetros físi-co-químicos y biológicos impli-cados en la relación microorga-nismo-contaminante, que he-mos intentado enunciar en es-te artículo y en el precedente,una aproximación experimen-tal correcta al tratamiento bio-lógico de los vertidos requiereun estudio previo detallado decada uno de los emplazamien-tos y un control efectivo a cor-to y medio plazo del proceso,más que un aporte indiscrimi-nado de un producto elegidoaleatoriamente. Hay que apun-tar, en este sentido, que laelección de un producto bioes-timulante puede estar condi-cionada por factores no direc-tamente relacionados con suefectividad, como por ejemplo,su disponibilidad comercial enlas cantidades necesarias.

Por último, el estudio previode los parámetros de degrada-ción en el laboratorio sobremuestras y condiciones análo-gas a las del medio natural (mi-crocosmos) constituye, si es po-sible llevarlas a cabo, una fuen-te de información muy valiosapara su aplicación posterior enel campo (Pritchard, 1997).

Fotografía 2.Distribuciónheterogénea derestos de fuelmezclados conalgas y grava(Playa de laGargantera,Gozón, Asturias).

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Fotografía 3. En laparte superior

reguero de bolasde "chapapote" en

una playa dearena; debajo,

tamaño habitual deestas manchas.

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ARTÍ

CULO Seguimiento del vertido

de fuel-oil del buque Prestige utilizando imágenes satélite

Jesús ArtiedaIngeniero de MinasArgongra

Recaredo del PotroIngeniero de MinasAurensa

Figura 1. ¿Porqué el radar?

¿Por qué se usa el radarlateral?

De una forma simplificada, sepuede decir que una imagenradar tomada sobre el marmuestra la rugosidad de la su-perficie marina. Rugosidad delorden centimétrico. En superfi-cies rugosas, parte de la ener-gía emitida por el satélite le esdevuelta (en la imagen radar,estas zonas se ven con tonosclaros). Sin embargo, si la su-perficie es lisa, actúa a modode espejo y la energía es refle-jada en dirección opuesta (enla imagen satélite, estas zonasse ven con tonos oscuros).

La rugosidad de este tipo eshabitualmente generada(aunque no tiene que ser elfactor único) por el viento.Para un viento dado la rugosi-dad que se induce en una su-perficie de agua marina lim-pia es mayor que la rugosidadque se induce en un superfi-cie de agua marina cubiertapor una capa de petróleo. Es-ta diferencia de comporta-miento es la que detecta laimagen radar. Este es el moti-vo por lo que el viento es tanfundamental para obtenerimágenes de calidad.

En la fotografía inferior iz-quierda de la figura 1, seaprecia como la parte delagua cubierta por petróleo esmenos rugosa que el aguacompletamente limpia. Laimagen de la derecha (ima-gen radar) muestra (en tonososcuros) el reguero de petró-leo que va dejando un buque.

El desastre del Prestige essin lugar a dudas uno de losmayores desastres ecológi-cos ocurridos últimamenteen el mundo. Probablemen-te, más de 20.000 t de fueloil pesado se arrojaron almar, y el caso no está aúncerrado. De cualquier mane-ra, este desastre a permiti-do demostrar las capacida-des de la teledetección es-pacial para el seguimientode este tipo de accidentes.

The Prestige disaster hasbeen one of the biggest en-vironmental disaster everoccurred on the world.Probably, more de 20000 tmof heavy fuel oil werespilled to the sea, and thedisaster is not yet closed.Anyway, this disaster hasbeen a good opportunity todemonstrate the capabili-ties of remote sensing like atool for monitoring thiscase of events.

l 13 de noviembre de2002, el Buque Presti-ge lanzó un "mayday"

indicando que estaba fuerte-mente escorado y sin gobier-no, transportaba mas de70.000 t de fuel pesado y elviento le empujaba inexora-blemente hacia la costa galle-ga. Este es el inicio de una delas catástrofes medioambien-

tal mas importantes del mun-do. Los satélites de observa-ción de la tierra, especial-mente los que trabajan conradar lateral, han demostra-do su capacidad ya operativapara el seguimiento de estetipo de catástrofes. Esta notarecoge lo ocurrido después,desde el punto de vista delsatélite.

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La primera imagen

El 17 de noviembre (cuatro díasdespués del percance inicial) elsatélite Envisat (ESA, AgenciaEspacial Europea) toma unaimagen excepcional de la zonadonde, sin lugar a dudas, semuestra en toda su extensiónel reguero de fuel (línea negra)que iba dejando el buque. Lacosta gallega se visualiza en laparte derecha de la imagen, entonos más claros.

Esta imagen ofrece una infor-mación de alto valor que de-be ser analizada. En particu-lar se quiere resaltar los si-guientes puntos:

• Relaciona claramente causay efecto.

• Permite calcular la trayecto-ria real seguida por el bu-que.

• Permite obtener informaciónacerca del comportamientodel fuel disperso en el mar.

• Puede dar pistas acerca de loque ocurrió el fatídico día 13.

Esta imagen la suministróESA a través de su página eninternet.

La figura 3 muestra un detallede la imagen anterior. En lamisma, se ve el Prestige (pun-to blanco situado en el vérticeinferior de la mancha negra)vertiendo el fuel y dejando elrastro ya visto anteriormente.

Figura 3.Prestigevertiendo fuel.

Figura 4. Manchas de fuel sobre el punto de hundimiento una semana después del mismo.

Figura 2. Envisat ASAR

wide-mode(17-nov-2003).

Figura 5.Manchas de fuelprovenientes delPrestige un mesdespués de su

hundimiento.

tría de la misma deja muy po-co lugar a dudas. Se puedeafirmar categóricamente quelo que se ve en la imagen esuna mancha muy reciente.

Un mes mas tarde

El 19 de diciembre las princi-pales manchas se sitúan pasa-do el Cabo Peñas, tal y comomuestra la figura 5. La parteinferior de la imagen muestrala costa de Asturias con CaboPeñas en el borde izquierdo.

Dos meses mas tarde

El 16 de enero de 2003 los saté-lites siguen detectando ampliasmanchas de petróleo frente alas costas gallegas. Este día tan-to el satélite ERS como Radar-sat detectan estas manchas.

Cuatro meses mas tarde, sehan tomado mas de 300 imá-genes del percance, muchasaún esperan una interpreta-ción, lo cual demuestra laenorme capacidad de este sis-tema de observación.

Figura 6. Imagen del 16 de enero de 2003.

El hundimiento

El día 19, el buque se parte endos, hundiéndose a continua-ción. La gran duda que surgeinmediatamente es si desde elfondo del mar el Prestige segui-rá vertiendo fuel. En un princi-pio las fuentes oficiales nega-ron esta posibilidad pero unaimagen captada el día 25, estavez por el satélite Radarsat,mostraba inequívocamenteque el vertido continuaba.

La mancha detectada va des-de la zona de hundimientohacia las Rías Bajas. La imagenmuestra una mancha práctica-mente continua de más de100 km de largo. La geome-

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CULO La biorremediación

frente al vertido del Exxon Valdez

José Luis Rodríguez GallegoIngeniero de MinasProfesor Asociado

Universidad de Oviedo

Figura 1. Mapa dela zona afectadapor el vertido, con ladisposición espacio-tiempo que alcanzó.

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l 24 de marzo de 1989,un petrolero de másde 300 metros de eslo-

ra, llamado Exxon Valdez ycargado con un millón y me-dio de barriles de crudo, na-vegaba bordeando la costa deAlaska. Había salido horas an-tes del puerto de Valdez conrumbo a California para de-positar su carga en una refi-nería de la Exxon. Una inex-plicable cadena de errores co-metidos por el guardacostas,el capitán y su tercero llevó albarco hasta los arrecifes deBlight. Aunque intentaronevitarlos, no fue posible y elbarco se incrustó en uno deellos, produciéndose así unaenorme grieta en el casco yderramándose parte del cru-do. La bahía de Prince Wi-lliam se cubrió con más de30.000 toneladas de crudo(40.000 según otras fuentes)que pocos días después afec-taron a más de 1.000 km de lacosta (figuras 1 y 2).

Veintidós años antes, quizá noel primer accidente de este ti-po, pero sí el que provocó unaldabonazo importante en laopinión pública, fue el del pe-trolero Torrey Canyon alsuroeste de Cornwall, Inglate-rra. Entonces, como en 1989,como ahora en 2003, las medi-das que se tomaron para mini-mizar el vertido (en aquel ca-so utilización de detergentes ybombardeo del barco) fueronterriblemente controvertidas yfinalmente, una buena partede la costa británica, e inclusode la Bretaña francesa, fue se-riamente afectada.

El vertido del Exxon Valdezen las costas de Alaska esuna referencia imprescindi-ble para entender cómo sepuede afrontar la limpiezadefinitiva de las costas afec-tadas por el Prestige. Este ar-tículo explica cómo la biorre-mediación fue una de lastécnicas dominantes en losprogramas de limpieza usa-dos a largo plazo.

The Exxon Valdez oil spill inAlaska shorelines is an es-sential reference to under-stand how definitive cleanup works in coasts affectedby Prestige fuel spill shouldbe considered. In this article,the author explains the im-portant role that bioremedi-ation techniques had inlong-term remediation pro-grammes in Alaska.

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Ya en aquellos años sesenta, laidea de que la biodegradacióndel petróleo vertido en un acci-dente se podía mejorar con laadición de nitrógeno y fósforoinorgánico había aparecido enlos círculos científicos. Uno desus principales impulsores (Ro-nald Atlas) acabó tiempo des-pués trabajando en la limpiezade las costas de Alaska tras elvertido del Exxon Valdez. Enefecto, lo cierto es que estatecnología comenzó definitiva-mente a llamar la atención enlos años setenta, por entoncesreducida a experimentos de la-boratorio o a pequeñas de-mostraciones en el campo. Sinembargo, otro famoso acci-dente, el del Amoco Cádiz en1978, supuso un nuevo impul-so a la investigación. A partirde entonces, el número de fra-casos comenzó a disminuir y afinales de los ochenta, la co-munidad científica ya tenía lacerteza de que si no la mejor, siera una buena manera de en-frentarse a los efectos de losvertidos de petróleo. El últimoy más importante impulso ven-dría meses después del acci-dente del Exxon Valdez.

Fases de la operación delimpieza

Volvamos a marzo de 1989.Tras el vertido, se puso en mar-cha lo que con el tiempo seconvertiría en la mayor opera-

ción de limpieza en la historiade los Estados Unidos. El proce-so se desarrolló en tres fases:

a) Como respuesta inmediatase utilizaron “skimmers”,equipos típicos en la recogi-da de productos petrolíferosvertidos en el agua. Su fun-cionamiento se basa en la di-ferencia de tensión superfi-cial y de peso especifico en-tre hidrocarburos y agua, pu-diendo bombearse aquelloshacia depósitos para su reco-gida. Desgraciadamente, lafalta de suficientes mediospermitió recoger solo unapequeña cantidad del crudo.Al tercer día se produjo unbrusco cambio del tiempo,acompañado de fuertes vien-tos y oleaje que, estos sí, dis-persaron en una franja decerca de cien kilómetros elvertido, y formaron la emul-sión petróleo-agua conocidacomo "mousse". Tras estecontratiempo se hicieron losúltimos intentos fallidos deevitar que el petróleo afecta-ra dramáticamente a las cos-tas, pero ni el incendio pro-vocado de parte de la cargadel barco, ni las barreras anti-contaminación, ni el uso dedispersantes (ineficaces si hayemulsión) fueron suficientes.

b) La segunda fase de lastareas consistió en la retira-da de la mayor cantidad po-sible del crudo vertido enlas playas. Los procedimien-

tos utilizados fueron princi-palmente manuales, aligual que ha ocurrido en elcaso del Prestige, con ladiferencia de que en Alaskafueron afectadas playas degrava y guijarros en muchamayor proporción que lasde arena. En algunas zonasse utilizó el lavado a pre-sión con agua caliente co-mo alternativa, procurandodesplazar los hidrocarburosde nuevo hacia el aguadonde eran recogidos porlos skimmers (figura 3).

c) En el tratamiento a largoplazo, se planteó, en primerlugar, el uso de dispersan-tes, aunque fueron descar-tados por cuestiones toxico-lógicas. También se realizóuna monitorización de la ca-lidad de las aguas en treintay cinco emplazamientos; entotal unas 23.000 muestrastomadas a lo largo de variosaños. Por otra parte, se in-tentó, con cierto éxito, el la-vado físico de las arenasafectadas, pero los equiposempleados producían efec-tos indeseables en los sedi-mentos (pérdida de fracciónfina, afección del ecosiste-ma, etc.). Agotadas otrasposibilidades, y previendo lapersistencia a largo plazo demuchas fracciones contami-nantes, Exxon y la EPA(agencia medioambientalnorteamericana) decidieronponer en marcha un progra-ma de investigación para es-tudiar las posibilidades deutilizar la biorremediaciónen las costas afectadas.

Programa de biorremediacióndesarrollado.

En un primer estadio, se reali-zaron gran cantidad de mues-treos y experimentos de labo-ratorio que demostraron quela población de microorganis-mos autóctonos tenía capaci-dades degradativas de hidro-carburos alifáticos y aromáti-cos y que la cinética de la de-gradación podía ser mejorada

Figura 2.Fotografía delExxon Valdezrodeado porbarreras decontención horasdespués delaccidente.

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Los abonos habituales enagricultura fueron desestima-dos inicialmente, y entree losproductos ensayados se esco-gieron dos para su aplicación:El Inipol EAP22, fertilizante lí-quido oleofílico y Custom-blen, fertilizante de liberaciónlenta en gránulos (tabla 1).Fue el primero de ellos el quefinalmente se utilizó a granescala durante los tres vera-nos que duraron los trabajos,no tanto porque cumplieraescrupulosamente las condi-ciones antes expuestas sinoporque era el único cuyo su-ministro en los volúmenes ne-cesarios estaba garantizado(la empresa Elf lo había desa-rrollado a raíz del accidentedel Amoco Cádiz).

con la adición de nutrientes.La traslación de estos resulta-dos a ensayos de campo, yluego a gran escala, requirióla valoración de otros muchosfactores. Algunos de estos sonhabituales en cualquier trata-miento de biorremediación;por ejemplo, la temperatura,la actividad microbiana y lageoquímica del contaminante,pero otros son específicos delas costas: mareas, salinidad,concentración de nutrientesen la columna de agua, etc.

Los trabajos, poco a poco, sedirigieron a la selección de unfertilizante adecuado, descar-tadas ya otras alternativas deinoculación y similares. Elproducto elegido debería enprincipio haber cumplido lassiguientes condiciones:

• Proporcionar nitrógeno yfósforo de forma que losmicroorganismos tuvieranun fácil acceso a ellos.

• Permanencia en la zona ba-ñada por las mareas, pese ala actividad de éstas y a laexistencia de tormentas.

• Ausencia de riesgos toxico-lógicos para el ecosistemamarino.

Hoy en día sabemos que los se-dimentos de la zona eran clara-mente deficitarios en nitrógenoy fósforo, por lo que, despuésde una la fase de limpieza pormedios físicos, la biodegrada-ción propiciada por los microor-ganismos autóctonos estimula-dos con el fertilizante fue efec-tiva. Así lo atestiguaban las evi-dencias visuales que, frente aensayos de control, mostrabanque las rocas se limpiaban mu-cho antes si se les aplicaba ferti-lizante. Sin embargo, los mues-treos realizados en aquel mo-mento chocaron con la tremen-da heterogeneidad en cadaemplazamiento tratado y entredistintos emplazamientos. Tan-to es así, que algunos investiga-dores, obsesionados por la va-riabilidad de los resultados,propusieron que se añadieramás petróleo en determinadoslugares para unificar los puntosde partida, idea rápidamentedescartada. En suma, se temióque en realidad no se estabaconsiguiendo nada y así se re-cogía en los primeros informesde las comisiones científicas.

Los esfuerzos de los investiga-dores se condujeron entoncesa establecer una monitoriza-ción estándar de la biodegra-dación, mediante un cocienteentre la degradación de los al-canos lineales de 17 y 18 áto-mos de carbono frente a la dedos biomarcadores habitualescomo son el pristano y el fita-no, hidrocarburos mucho másdifícilmente biodegradables.Sin embargo, el método nofuncionó, ya que los microor-ganismos presentes en las pla-

Tabla 1.Componentes delos dosfertilizantesutilizados en losprogramas debiorremediación.

COMPONENTES FÓRMULA QUÍMICA FUNCIÓN

Inipol EAP 22Ácido oleico CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH Fase hidrofóbica

Lauril fosfato [C12H25(OC2H4)3O]3PO Fuente de fósforo y surfactante

2-Butoxietanol HO-C2H4-O-C4H9 Surfactante y estabilizador de la emulsión

Urea NH2-CO-NH2 Fuente de nitrógeno

Agua H2O Disolvente

CustomblenNitrato de amonio NH4NO3 Fuente de nitrógeno

Fosfato de calcio Ca3(PO4)2 Fuente de fósforo

Fosfato de amonio (NH4)3PO4 Fuente de nitrógeno y fósforo

Figura 3. Imágenesde las tareas delimpieza físicamediante chorros apresión y“skimmers” en lasplayas afectadas.

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agresión al ya dañado ecosiste-ma frente a cualquier otra téc-nica que se hubiera empleadopara la remediación a largoplazo. De alguna forma, la ex-periencia puso de manifiesto,una vez más, que el petróleoes un producto natural, y quesi su inoportuna aparición entiempo y lugar inadecuado da-ña los ecosistemas y destruyevida, hay otro tipo de vida mi-croscópica que puede verse fa-vorecida. Fomentar su acción,biorremediar, no es más queaprovecharse del ciclo del car-bono (figura 5).

Sea como fuere, e indepen-dientemente de las técnicasque se utilizaron, el desastredel Exxon Valdez (como Mina-mata, como Chernobyl, comoBhopal, como Aznalcóllar, ¿có-mo el Prestige?) abrió las puer-tas a una nueva percepción so-bre los riesgos que comportanuestra relación con la natura-leza. Así, actualmente se reali-zan en Alaska evaluaciones pe-riódicas, páginas web y variosprogramas educativos y de in-vestigación a propósito de laexperiencia del Exxon Valdez.Tampoco han faltado las com-pensaciones económicas a losafectados, ni los cambios legis-lativos. Tampoco faltan los vo-luntarios, científicos y no cientí-ficos, que siguen trabajando enrecuperar el petróleo que aúnduerme en muchos sedimentos.

Bibliografía seleccionada

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Bragg, J.R. et al. (1992). Bio-remediation for shorelinecleanup following the 1989

yas se demostraron capacesde degradar también estoshidrocarburos ramificados, sino tan rápidamente comolos lineales, sí de una maneraimportante.

La solución la aportó la geo-química del petróleo. Desdehacía bastante tiempo se ve-nían utilizando algunos otrosbiomarcadores, con el objeti-vo de caracterizar tipos de pe-tróleo en yacimientos profun-dos. Uno de ellos era el17a(H), 21b(H)-hopano, terpe-no no biodegradable, quepermitiría establecer una rela-ción segura frente a los hidro-carburos del petróleo biode-gradables. Por fin, se consi-guió verificar estadísticamentela degradación biológica gra-cias al uso de este hopano.Además, los datos obtenidosmostraron que los niveles denitrógeno en las aguas inters-ticiales eran el factor limitantede la biodegradación, al me-nos con el tipo de materialesgeológicos que hay en las pla-yas de Alaska. Estudios poste-riores han demostrado que latasa de oxígeno también esun factor fundamental, por loque el volteo o suave aradoen zonas arenosas es útil.

Conclusiones

Oficialmente, las labores delimpieza terminaron en 1992.Años después sabemos que labiorremediación fue una he-rramienta muy importante,que demostró una efectividaden principio no exenta de du-das. A pesar de todas las im-perfecciones, supuso un im-portante ahorro y una menor

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ARTÍ

CULO

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Figura 4.OperariosaplicandoINIPOLEAP22).

BIODEGRADADO-FOTODEGRADADO

50%

PLAYAS2%

RECUPERADO14%

INFRAESTRUCTURASEN SEDIMENTOS

13%

DISPERSO ENEL AGUA

1%

VOLATILIZADO20%

Figura 5. Estimación dela National Oceanic

and AtmosphericAdministration (NOAA)sobre la distribución delcrudo vertido en 1992,

más de tres añosdespués del accidente.

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CULO Experiencia de Repsol YPF

en biorremediación de suelos

Carlos García FandiñoCoordinador de MedioAmbiente

Repsol YPF, Refino yLogística Europa

Vista de labiopila deexperimentaciónde la refineríade Puertollano.En primer planose aprecia lasoplante.

dora: los lodos de hidrocarbu-ros, extendidos sobre el terre-no, se iban degradando comoconsecuencia de la actividad mi-crobiana; si se estimulaba esaactividad aportando nutrientes,humedad y, por supuesto, oxí-geno –ya que de vida aerobiase trataba– se podría contar conun procedimiento de desconta-minación de suelos.

Realmente, las primeras aplica-ciones experimentales a escalaindustrial, en terrenos de la re-finería de Cartagena, no se lle-varon a cabo hasta 1980. Aligual que las refinerías ameri-canas de entonces, se preten-día conocer la cantidad máxi-ma de hidrocarburos (kg/m2)que podía degradarse en untiempo razonable en terrenosrepresentativos de los alrede-dores. Para ello se eligieronunas parcelas, se prepararonconvenientemente para reco-ger por pendiente los lixiviadosy, manifestando una preocupa-ción por el subsuelo poco fre-cuente entonces, se hizo un se-guimiento de la calidad delfreático mediante pozos piezo-métricos. La aireación del te-rreno para proporcionar el oxí-geno requerido por los micro-organismos se efectuaba me-diante el arado de las parcelas("land farming").

Lo único que se buscaba erael conocimiento de la técnica,ya que en ninguna de las refi-nerías de la empresa, muchomás recientes que las ameri-canas, se acostumbraba a ex-tender los lodos aceitosos so-bre el terreno próximo.

Se resume la experiencia al-canzada por una empresa derefino de petróleo en la bio-rremediación de terrenoscontaminados por hidrocar-buros, desde las primeras ac-tuaciones, en 1976, limitán-dose a tomar contacto con latécnica, hasta el momentopresente en que ya se em-plea cuando es preciso y lainvestigación se orienta ha-cia la aplicación en situacio-nes reales de las distintasopciones conocidas de labiodegradación.

This paper deas with the ex-perience reached by a pe-troleum refining companyin the bioremediation ofsoils contaminated by hy-drocarbons. This coversfrom the first performances,in 1976, when there wasjust a first contact with thetechnique, until present,when it is already used andthe investigation is guidedtowards the application inreal situations of the differ-ent well-known options ofbiodegradation.

a curiosidad por estostemas en Repsol YPFdata de 1976, cuando

en el Centro de Investigacionesde la empresa en Cartagena seiniciaron las primeras expe-riencias de selección y desarro-llo de cepas bacterianas espe-cialmente efectivas en la de-gradación de hidrocarburos.

Lo que había sido una malapráctica de algunas refineríasamericanas, en los años cuaren-ta y cincuenta, extendiendo loslodos aceitosos, de limpiezas detanques y otras actividades, porlos terrenos de sus alrededores,había dado lugar a una técnicaque en aquellos años setentase presentaba como promete-

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Con la misma intención, en1982, se repitieron experienciassimilares, en pequeña escala,en la refinería de Puertollano.

Con estas pruebas, la biorre-mediación llegó a ser una téc-nica conocida en las refineríasde Repsol YPF, aunque no seaplicara como método dedescontaminación habitual.

En la actualidad, cuando ya labiorremediación ha dejado deser una técncia prometedorapara ser una herramienta habi-tual y eficaz, la Central de In-geniería, de Repsol YPF, res-ponsable del desarrollo de to-dos los grandes proyectos delGrupo, dispone de una depen-dencia especializada que dise-ña, contrata y supervisa todoslos trabajos de prevención y re-mediación de la contaminacióndel subsuelo, acumulando granexperiencia en todas estas ta-reas, que transmite a los técni-cos interesados del Grupo.

La expansión de la Empresapor Latinoamérica ha permiti-do incorporar al conocimien-to general la experiencia delos técnicos de aquella zona,destacando las aplicacionesen tierras contaminadas deyacimientos y refinerías, comoen Mendoza (República Ar-gentina), donde se está apli-

cando un "land farming" yvan a poner en marcha expe-riencias de fitorremediación, oen Lima (Perú), donde se va ainiciar un gran proyecto decompostaje de lodos aceitosos.

Aquí en España, es de destacarel "land farming" que se está

desarrollando en la refineríade Cartagena, con la autoriza-ción de la Consejería de Me-dio Ambiente de Murcia, enel que se eliminan una serie delodos residuales. Esta prácticava unida a una experiencia quese realiza con el Centro deEdafología y Biología Apli-cada del Segura (CEBAS),del Consejo Superior de In-vestigaciones Científicas,por el que se pretende demos-trar que la aplicación de lodosal terreno y su tratamiento por"land farming" no sólo es unabuena técnica de depuración,sino una forma de recuperarterrenos degradados, especial-mente en zonas semidesérticascomo las del SE peninsular.

Ocasionalmente los terenosde alguna estación de serviciose ven afectados por derra-mes y requieren ser recupera-dos. En esas circunstancias,son habituales las técnicas detratamiento "in situ", descon-taminando los terrenos sin re-tirarlos de su emplazamiento,

Vista del “landfarming” de

experimentaciónde la refinería

de Puertollano.

Pruebas decompostaje enla refinería dePuertollano.

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microorganismos especializa-dos); o la preparación de inó-culos de cepas de los lodosbiológicos y su incorporaciónal "land farming".

También en el Terminal, se es-tudió la disponibilidad para larevegetación de los terrenoscon la aplicación de especiesseleccionadas (festuca rubra,medicago sativa, lolium pe-renne y trifolium alba), y secomparó el grado de desarro-llo alcanzado entre adicionarfertilizantes comerciales y lo-dos biológicos de depuradora.

Finalmente, se contrató a unaempresa especializada -aun-que hubo un seguimiento per-manente por técnicos de Rep-sol YPF-, y se trataron unos25.000 m3 de tierras por "landfarming" y unos 150.000 m3

por "bioventing", alcanzandoen un plazo de meses los re-sultados definidos como obje-tivo de la biorremediación enlos terrenos del Terminal.

estimulando la actividad de lavida microbiana local, me-diante aireación subsuperfi-cial ("bioventing") y, en su ca-so, aporte de nutrientes.

Una de las experiencias debiorremediación más impor-tantes que se han llevado acabo en los últimos años enEspaña tuvo lugar en Málaga;durante 35 años un terminal yun parque de almacenamien-to habían sido la cabecera deloleoducto que alimentabadesde aquella población la re-finería de Puertollano (CiudadReal). Cuando llegó el mo-mento de abandonar el lugar,al construirse el nuevo Oleo-ducto Cartagena-Puertollano,se acordó adecuar los terrenosa los usos futuros mediantetécnicas de biorremediaciónen sus distintas variantes, porser una técnica "blanda", po-co agresiva con el entorno.

Se llevaron a cabo experien-cias a escala de laboratorio eindustrial para confirmar labiodegradabilidad de los hi-drocarburos presentes enaquellos terrenos, tanto por"land farming" como por bio-pilas. Se efectuaron tambiénpruebas novedosas, como laaplicación al "land farming"de lodos biológicos del trata-miento de aguas residualesde la refinería de Puertollano(para aportar materia orgáni-ca, nutrientes y, sobre todo,

En la actualidad, y desde hacemás de dos años, se están reali-zando en la refinería de Puerto-llano experiencias de composta-je de tierras previamente im-pregnadas con hidrocarburos,con la intención de profundizaren el conocimiento de dichatécnica y disponer de ella comouna alternativa a la gestión co-mo residuos peligrosos de lastierras sucias resultantes de pe-queños derrames internos.

También en Puertollano se dis-pone de un área de trabajo pa-ra realizar pruebas de "landfarming" y biopilas. Para pro-porcionar aire en la biopilas sedispone de una soplante, unidaa una red de tubos ranuradosque permanecen en el interiorde la pila de tierra, que da uncaudal próximo a 900 m3/h, pa-ra una presión diferencial de220 mbar. El criterio de selec-ción ha sido tener capacidadpara suministrar 2 m3/h de airepor m3 de tierra. Por su carác-ter experimental, se ha previs-to la posibilidad de aspirar ai-re a través de la tierra e impul-sarlo al exterior, o de aspirardel exterior e impulsarlo a tra-vés de la tierra.

También se están iniciando ex-periencias de fitorremediación.

Aunque pueda resultar paradó-gico que la máquina más sofisti-cada que se emplea en un"land farming" sea un arado,para remover y airear las tierras,cualquiera de las técnicas debiorremediación que experi-mentamos son, en definitiva, dealta tecnología: no hay produc-to de ingeniería que supere a lacomplejidad de un ser vivo; yhay un consumo energético im-portante, pero lo aportan consu actividad y su metabolismolos propios microorganismos.

En Repsol YPF sabemos que labiotecnología no está hacien-do más que empezar a mos-trarnos sus posibilidades, tam-bién en nuestro Sector. Sabe-mos que hay que seguir inves-tigando en esa línea.

Vista del “landfarming” de

experimentaciónde la refinería de

Puertollano.

Pruebas defitorremediación

en la refineríade Puertollano.

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Técnicas analíticas: identificación de familias de compuestos

M.J. García MartínezIngeniero de MinasJ.E. OrtizDr. Ingeniero de MinasLaboratorio de EstratigrafíaBiomolecular

E.T.S.I. de Minas de Madrid

Esquema 1.Distintasfracciones ytécnicas deanálisis de unamuestra depetróleo.

de plástico (botes, bolsas) con-taminan la muestra debido aque contienen productos orgá-nicos. También es muy impor-tante conservar las muestras auna temperatura igual o infe-rior a 4 ºC. De esta forma, esta-mos inhibiendo la actividad delas bacterias que, de otro mo-do, estaría variando la composi-ción de nuestra muestra, tantomás cuanto más tiempo paseentre la recogida y el análisis dela muestra. Esto es especialmen-te necesario hacerlo en estudiosde biorremediación en los queprecisamente se estudia la ca-pacidad que tienen estas bacte-rias para degradar los compues-tos que vamos a analizar.

En el esquema 1 aparecen losdistintos tipos de análisis másutilizados para determinar losconstituyentes de una muestrade petróleo. En ningún mo-mento se va a hacer referenciaa volátiles, dado que se suponeque las muestras que estamosrecogiendo han perdido yaprácticamente todos los voláti-les (que han sido liberados a laatmósfera). De todas formas sise quieren estudiar se podríahacer un análisis por headspa-ce o espacio en cabeza, queconsistiría en coger la muestrade hidrocarburo, meterla den-tro de un frasco que tuvierauna membrana de silicona enla parte superior, cerrar bien elfrasco y cuando se llega al la-boratorio se pincharía sobreesta membrana de silicona y seextraerían así los gases, sin ne-cesidad de abrir el frasco.

En este artículo se van exponerlos métodos más utilizados parala extracción y análisis de mues-tras de petróleo, es decir, todoslos pasos que hay que dar, des-

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En este artículo se estudianlas técnicas más utilizadaspara el análisis de compues-tos orgánicos (petróleo) enmuestras sólidas y líquidas.Se describirá más detenida-mente la técnica de "Croma-tografía de Gases – Espectro-metría de Masas" por sermuy útil en la identificaciónde compuestos individuales.

In this paper, the most usedtechniques for organiccompounds (oil) analysis insolid and liquid samplesare studied. The "Gas Chro-matography – Mass Spec-trometry" technique willbe described in more detailbecause of its usefulness inthe individual compoundsidentification.

Introducción

Antes de comenzar con los mé-todos de análisis propiamentedichos, es importante tenerunas ligeras nociones acerca decómo se ha de recoger y alma-cenar la muestra hasta su mo-mento de análisis. Esta conside-ración, que a menudo se pasapor alto, es muy importante,dado que si no se hace de for-

ma correcta, la muestra queanalicemos al final no va a serrepresentativa de nuestro pro-blema y no nos va a ser útil.

Los métodos de análisis que va-mos a estudiar van a estar refe-ridos al análisis de compuestosorgánicos, por lo que todas lasmuestras que se recojan han deguardarse en recipientes de vi-drio, dado que los recipientes

Extracción y Análisis de Muestras de Petróleo

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CULO de que una muestra llega al la-

boratorio, hasta que obtene-mos la información acerca de lacomposición de la misma.

Lo primero que hay que teneren cuenta cuando hablamos depetróleo es que bajo este tér-mino englobamos a una seriede familias de productos quetienen distintas propiedades fí-sicas y químicas y que una vezliberadas en el medio natural,tienden a separarse. Unas fami-lias tienden a disolverse, otras asobrenadar y otras a precipitar.

El petróleo está constituidopor una fase gaseosa (com-puesta fundamentalmente porhidrocarburos de bajo pesomolecular: metano, etano,propano, butano...) y por unafase líquida (compuesta por hi-drocarburos con más de cincoátomos de carbono). En esteartículo nos vamos a centraren el análisis de la fase líquida.

Dentro de esta parte líquidadel petróleo, encontramos tresfracciones principales: los asfal-tenos, las resinas y los hidrocar-buros. Los asfaltenos y las resi-nas son compuestos pesadosque contienen N, S y/o O (pesomolecular>500), mientras quelos hidrocarburos son molécu-las con menor peso molecular.

La forma de analizar estos pe-tróleos se basa en separarlosen distintas fracciones, corres-pondientes a los tipos estructu-rales principales. Para ello, ycomo veremos más adelante,se utiliza hexano, para disolvertodas las fracciones (a estafracción disuelta se le denomi-na maltenos), menos la de losasfaltenos, que va a precipitar.Mediante cromatografía líqui-da (que estudiaremos más ade-lante) vamos a ser capaces deseparar el resto de las fraccio-nes (maltenos) en una fracciónalifática, otra aromática y porotro lado las resinas:

• Los hidrocarburos satura-dos comprenden alcanosnormales y ramificados (de-

nominados parafinas) y ci-cloalcanos (naftenos).

• Los hidrocarburos aromáti-cos incluyen compuestos pu-ros aromáticos, moléculas ci-cloalcanoaromáticas y com-puestos cíclicos del azufre.

Estas dos fracciones se suelenanalizar con cromatografía degases-espectrometría de ma-sas que es la técnica más utili-zada en este tipo de estudiospara controlar la biodegrada-ción de los hidrocarburos.

Las resinas y los asfaltenos es-tán constituidos por fraccionesde alto peso molecular quecontienen átomos de N, S y O.Los asfaltenos son insolubles enalcanos ligeros, de ahí que pre-cipiten con el hexano. Las resi-nas son más solubles, pero, almismo tiempo, son muy polaresy suelen quedarse retenidas enla alúmina cuando se realiza lacromatografía líquida, o nece-sitan utilizar disolventes muypolares como el metanol parasu liberación de la alúmina. Elhecho de que sean fraccionesque contengan compuestoscon alto peso molecular, impli-ca que no se van a poder anali-zar mediante cromatografía degases-espectrometría de masas,por lo que se recurre a la utili-zación de otras técnicas, comopueden ser el análisis elemen-tal y la espectrofotometría deinfrarrojos.

Es muy importante tener encuenta que estos cuatro pará-metros no son independientes,ya que los petróleos consistenen estos cuatro grupos de com-puestos. Normalmente, a medi-da que se van obteniendo cadauna de estas fracciones de com-

puestos, se suele eliminar el di-solvente y pesar la cantidad decompuestos que hay en cadauna de las fracciones, obtenién-dose los porcentajes relativosde cada una de las fracciones.

Por ejemplo, en el caso de unamuestra del fuel del Prestigetomada en una mancha sobrela superficie del mar, obten-dríamos la siguiente composi-ción (ver tabla I).

A partir de los resultados dela tabla I, se deduce que sepuede obtener informaciónaproximadamente del 70%de los compuestos presentesen una muestra, mediante elanálisis por cromatografía degases-espectrometría de ma-sas (GC-MS). Para los com-puestos más pesados, tendría-mos que recurrir a otras téc-nicas analíticas, como la Es-pectroscopía de Infrarrojos,que se basa en el estudio delos enlaces de las moléculas.

El hecho de que nos centremosen la Cromatografía de gases –Espectrometría de masas es de-bido a que es una técnica ana-lítica muy potente, que pro-porciona muchísima informa-ción a partir de muy poca can-tidad de muestra y que es devital importancia en el estudiode las técnicas de biorremedia-ción. Esta importancia radica,como se verá más adelante, enque se va a poder tener infor-mación acerca de la eficienciacon la que distintos microorga-nismos son capaces de degra-dar los hidrocarburos.

Vamos a empezar viendo lastécnicas de análisis que seutilizan principalmente para

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Tabla I.Composición

química generalde una muestra

del fuel delPrestige tomado el18/11/02 por el

Ailette en unamancha en el mar

(Fuente Cedre,2002).

Hidrocarburos Hidrocarburos Resinas Asfaltenossaturados (%) aromáticos (%) (%) (%)

Muséem National d'Histoire Naturelle 26.6 52.8 8.4 12.2

IFP (original) 23 54 12.5 10.3

IFP (émulsion) 21 54 27.7

CSIC Barcelone 21.6 50.7 34.7

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Determinación delcontenido en nitrógeno

Su determinación es necesariapara el cálculo del contenidoen oxígeno. Actualmente exis-ten equipos que dan el conte-nido en nitrógeno, junto conlos del análisis elemental clási-co. Al oxidar la materia orgáni-ca, no sólo miden el CO2 y elH2O producidos, también mi-den el NO2 y a partir de ese da-to, calculan el contenido de ni-trógeno en la muestra. El nitró-geno deriva de las proteínas,alcaloides y clorofila, presentesen la materia orgánica inicial.

Determinación delcontenido en azufre

También es necesaria su deter-minación para poder calcularel oxígeno. Existen equipos,diseñados principalmente pa-ra el análisis de carbones, quepermiten determinar el conte-nido total en azufre de unaforma barata, precisa y rápida.

El procedimiento más utilizadoes, también, mediante su com-bustión y la posterior medidadel SO2 producido. El proble-ma, o la ventaja, de esta técni-ca es que, dependiendo de latemperatura de análisis, puedeser que parte del azufre conte-nido en la muestra permanezcaen ella sin llegar a ser medido.Por ejemplo, algunos sulfatos.En el caso del petróleo, al nollevar pirita incorporada, sesimplifica el problema analítico.

Espectrofotometría deInfrarrojos

La determinación que se suelehacer mediante esta técnicaes la de hidrocarburos de pe-tróleo totales (TPH) por lo quenormalmente se hace a partirdel análisis de la muestra de

la muestra, tal cual se recibe;es decir, el análisis elementaly la espectrofotometría deinfrarrojos.

Análisis Elemental

Determinación delcontenido en carbono ehidrógeno

El contenido en carbono e hi-drógeno se determina porcombustión total de la mate-ria orgánica y midiéndolos co-mo CO2 y H2O (ver figura 1).Por lo tanto, el agua presenteen la muestra puede ser inter-pretada como hidrógeno, porlo que es imprescindible, an-tes de utilizar los datos, ase-gurarse de que está hecha lacorrección pertinente.

Con la mayoría de los equiposutilizados en el análisis ele-mental también se puede ob-tener el contenido en cenizas.Este dato no se correspondeexactamente con el determi-nado según normas, ya quelas condiciones del ensayo sonmucho más oxidantes, pero sída una estimación del porcen-taje de fracción mineral.

Determinación delcontenido en Oxígeno

Aunque existen métodos espe-cíficos para la determinacióndel contenido en oxígeno, enrealidad son mucho más labo-riosos y producen mayor dis-persión de resultados que elmétodo más utilizado: el de de-terminación por diferencia:

Esta forma de cálculo derivade suponer que la materia or-gánica está compuesta única-mente por C, H, N, S y O. Pe-ro, además, la expresión an-terior supone que el 100% esmateria orgánica. Esto exigeque dicha expresión sólo seráválida en base seca totalexenta de materia mineral(STEMM).

petróleo inicial (sin separar enfracciones).

Para el caso de muestras sólidas(norma ISO 11046) (suelos oarenas en las que ha habido underrame de hidrocarburos), ha-bría que tomar unos 15 gramosde muestra de suelo y triturar-los. Se tritura para que el tama-ño de grano sea fino, aumen-tando así la superficie de con-tacto entre disolvente y mues-tra. Después se mezcla con sul-fato sódico anhidro, que es undesecante químico que va a re-tener la humedad, dado que lamuestra que se va a analizarpor infrarrojos no ha de teneragua en su composición.

Una vez preparada la muestra,se procede a su extracción, pa-ra lo que se mezcla con 20 mlde CFE-113 y se agita con unaplaca agitadora, durante 30minutos. Una vez pasado estetiempo se espera a que decan-te el suelo, se filtra y se recogeel disolvente. Al suelo se leañaden otros 20 ml de CFE-113y se repite el proceso. Al ex-tracto final se le añaden 5 gra-mos de silicato magnésico, queva a limpiar la muestra (es de-cir, retener aquellos compues-tos que no se consideran comoTPHs), y se agita durante otramedia hora, se filtra, llevamosel volumen final del extracto a50 ml y ya tenemos nuestramuestra lista para ser analiza-da en el equipo de infrarrojos.

En el caso de muestras líquidas(método EPA 413.2) (aguas don-de ha habido un derrame de hi-drocarburos), la extracción sesuele realizar con un litro demuestra. En primer lugar, se aci-difica la muestra hasta un pH<2con HCl. Una vez hecho esto, seprocede a la extracción de lamuestra de agua, para lo que secoloca en un embudo de decan-

Figura 1.Determinación deC e H mediante

combustión de lamateria orgánica.

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%O = 100 - [(%C) + (%H) + (%N) + (%S)]

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Figura 2. Embudosde decantación

para la extracciónde muestras de

agua.

Figura 3.Espectrofotómetro

de Infrarrojos.

presión y temperatura, nospuede servir para ilustrar có-mo se aplicaría esta técnica alestudio de la biodegradación.Normalmente, cuando unamuestra se biodegrada, lo quesuele ocurrir es que disminuyeel contenido en cadenas alifá-ticas, que son las primeras quemetabolizan los microorganis-mos; por lo tanto, lo primeroque se detectará será una dis-minución del pico correspon-diente a las cadenas alifáticas.

Análisis medianteCromatografía de Gases-Espectrometría de Masas(GC-MS)

Mediante las técnicas que sedescribirán a continuación(cromatografía de gases-es-pectrometría de masas) sólo

tación como el de la figura 2, seañaden 30 ml de CFE-113 y seagita durante 3 minutos. Son lí-quidos inmiscibles y el CFE-113va a quedar en la parte inferiordel embudo de decantación. Serecoge el CFE-113, filtrándolosobre un filtro con sulfato sódi-co para evitar recoger las gotasde agua que puedan quedaren la interfaz entre los dosfluidos. Se vuelve a añadirotros 30 ml de disolvente enel embudo de agitación y sevuelve a agitar durante otrostres minutos, repitiéndose elproceso otras dos veces. El ex-tracto final se lleva a un volu-men final de 100 ml y ya estáen condiciones de ser analiza-do por infrarrojos.

Sin embargo, lo que nosotrosqueremos es dar un valorcuantitativo, para lo se cali-bra el equipo con patronesde hexadecano, isooctano ybenceno, con seis concentra-ciones diferentes.

En la figura 3 podemos ver unequipo de infrarrojos. Esteequipo va a estudiar los enlacesde las moléculas. Por lo tanto,lo que va a hacer es estudiar lasdistintas longitudes de onda(abcisas) en las que absorbenestos enlaces; en ordenadas setiene la absorbancia: a mayorabsorbancia en un determina-do enlace, mayor cantidad decompuestos que tienen ese en-lace tiene la muestra. En la fi-gura 4 vemos los seis patronesen distintas concentraciones yse estudia las bandas de enlacedonde absorben los aromáti-cos, los alifáticos y los cícliclos.

A partir de los resultados, se di-bujan las rectas de calibracióncomo la de la figura 5. En estecaso tendríamos tres rectas decalibración, una para cada lon-gitud de onda de estudio. Laque tenemos en la figura co-rresponde a los aromáticos.

Aunque la figura 6 correspon-de a cómo evoluciona la mate-ria orgánica a medida que seva viendo sometida a mayor

se pueden analizar aquelloscompuestos cuyo peso mole-cular no sea muy elevado,por lo que no vamos a poderanalizar ni las resinas ni losasfaltenos.

Extracción de Muestras deHidrocarburos

Las distintas técnicas de ex-tracción que se pueden usardependen fundamentalmentede la matriz en la que se en-cuentren dichos hidrocarburos(ver esquema 2). Para nuestrospropósitos, cabe diferenciartres matrices distintas:

• Muestra sólida. Cuando sequieran estudiar los com-puestos de un suelo en elque ha habido un derramede hidrocarburos. Requierela extracción para separarlos compuestos de interésde la matriz sólida. El méto-do de extracción que se uti-lizará será el de extraccióncon Soxhlet.

• Muestra líquida. En el casode que se desee analizar unagua que ha estado en con-tacto con un derrame de hi-drocarburos. Requiere laextracción para separar loscompuestos de interés de lamatriz líquida. El métodode extracción que se utiliza-rá será el de extracción enfase sólida (SPE).

• Muestra del crudo de petró-leo. No requiere extracción,ya que la muestra está com-puesta por hidrocarburos.

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antes y después de meterlaen la estufa. Hay que teneren cuenta que esta muestrano se va a extraer porque,junto con el agua, ha perdi-do aquellos compuestos cu-ya temperatura de vaporiza-ción sea inferior a 110ºC.

Una vez que se han prepara-do las muestras, se comienzacon la extracción propiamen-te dicha, según el método deextracción de la EPA 3540 C.

• La muestra se introduce enun cartucho de extracción defibra de cuarzo. Si se quiererealizar el análisis cuantitati-vo de unos compuestos de-terminados, se añade el pa-trón subrogado que sirve pa-ra medir la eficiencia de laextracción. Este patrón su-brogado está formado poruno o dos compuestos, que

Extracción de Hidrocarburos enMuestras Sólidas con Soxhlet

A continuación se verá cuál esel proceso a seguir cuandouna muestra sólida en la queha habido un derrame de hi-drocarburos llega al laborato-rio. El primer paso consiste enla preparación de las muestras:

• Se coge entre 5 y 20 gramosde muestra, en función dela cantidad de compuestosorgánicos que suponemostiene la muestra; es decir, sise sospecha que la muestratiene muchos compuestos,se coge menor cantidad, y ala inversa. En el caso de quehaya habido un derrame dehidrocarburos, normalmen-te valdrá con 5 gramos, o in-cluso con menor cantidad.

• Se tritura la muestra, parapermitir obtener una ma-yor superficie de contactoentre la muestra y los disol-ventes que van a extraer loscompuestos.

• Se mezcla con sulfato sódicoanhidro, que es un desecan-te químico que va a retenerel agua que pudiera tener lamuestra; también se puedemeter la muestra en la estu-fa durante una noche paraeliminar parte de la hume-dad. En este último caso, latemperatura no ha de sermuy alta (máximo 50ºC) yaque si no, se perderían loscompuestos más volátiles.

• Se calcula el peso en seco dela muestra, tomando unacantidad de muestra similara la que se va a extraer, me-tiéndola en la estufa unanoche a 110ºC y pesándola

se eligen con propiedades si-milares a las de los compues-tos orgánicos que se quierencuantificar. De esta forma, seañade una determinada can-tidad conocida al inicio delanálisis, para determinar lacantidad de dichos compues-tos que perdemos durante laextracción.

• El cartucho de extracción seintroduce en un Soxhlet co-mo el de la figura 7.

• Debajo del soxhlet se colocaun matraz de vidrio, dondeva a estar inicialmente el di-solvente con el que se van aextraer los compuestos or-gánicos de la muestra. Lamezcla de disolventes quese suele usar es: Diclorome-tano-Metanol (2:1).

• Debajo del matraz se colo-car una manta calefactora,que va a hacer que el disol-vente se evapore.

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Figura 4.Espectros deinfrarrojos de

los patrones decalibración.

Esquema 2.Extracción y

análisis medianteGC-MS.

Figura 5.Ejemplo de

recta decalibración.

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da, que consta de cinco pa-sos (ver figura 8):

a) Se elige un tubo de tipoSPE adecuado, que va adepender de los compues-tos que queremos extraery de la matriz en la que seencuentren. Estos tubostienen una pequeña canti-dad de sólido (25-500 mg),donde se van a quedar re-tenidos los compuestos deinterés.

b) Se acondiciona el tubo, pa-sando disolventes adecua-dos y agua ultrapura, para,por un lado, eliminar lasimpurezas que pudiera ha-ber y, por otro, para prepa-rarlo para que retenga loscompuestos que se quierenextraer de la muestra. Alhumedecer la fase sólidapreviamente a la extrac-ción de la muestra, se va amejorar la reproducibilidaddel método.

c) Se añade la muestra deagua que llevará el patrónsubrogado, para ver la efi-ciencia de la extracción. Es-te patrón se añade a lamuestra justo antes de co-menzar la extracción.

d) Se añade agua ultrapura,para lavar el tubo y tratarde eliminar aquellos com-puestos "no retenidos"que todavía permanezcanen el interior de la fasesólida.

e) Se utiliza diclorometano uotro disolvente adecuado,en función de la naturale-za de los compuestos quese quieren extraer.

• Debajo de la manta se colo-ca un agitador magnético,que va a permitir que el ca-lor se reparta por igual enel disolvente que se en-cuentra en el matraz.

• Encima del Soxhlet se colo-ca un refrigerante, que per-mite que el disolvente quese ha evaporado condense yvaya lavando la muestra, amedida que va llenando elSoxhlet. Cuando el nivel delíquido llega a una posicióncercana a la parte superior,sifona y cae en el matraz,de tal manera que lo que seevapora es disolvente puroy lo que queda en el ma-traz son los compuestos ex-traídos de la muestra.

Extracción de Hidrocarburosen Muestras Líquidas

A continuación se explicaráen qué consiste la extracciónde los compuestos orgánicosdisueltos en el agua (tras unvertido de hidrocarburos).Este método consiste en laseparación de los compo-nentes de un líquido en unmedio de extracción sólido.El método que se utiliza esel de extracción en fase sóli-

Limpieza en columna(cromatografía líquida encolumna)

Una vez extraída la muestrapor cualquiera de los méto-dos anteriores, se van a tenerlos compuestos de interés di-sueltos en un determinadovolumen de disolvente. Antesde realizar esta cromatogra-fía líquida en columna, es ne-cesario reducir el volumen dedisolvente a dos mililitros. Es-to se hace mediante un apa-rato denominado rotavapor,como el de la figura 9.

El matraz con el disolvente alque se hace girar, se coloca enun baño de agua caliente. Almismo tiempo, se aplica el va-cío a la muestra. Tanto el vacíocomo el calor, van a hacer queel disolvente se vaya evapo-rando. El vapor llega a una zo-na donde hay un refrigeranteque hace que el disolventecondense y caiga en otro ma-traz de residuos, de tal maneraque en el matraz de la mues-tra, el volumen del extractodisminuye hasta llegar a unvolumen final de 2 ml.

Una vez que se tienen com-puestos de interés concentra-dos en un volumen de 2 ml,se procede a realizar la lim-pieza (fraccionamiento) encolumna pero, ¿por qué es in-teresante realizar esta limpie-za? Tiene fundamentalmentedos objetivos:

a) Evitar que pasen sustanciasque puedan dañar al equi-

Figura 6. Espectrosde infrarrojos quemuestran cómoevoluciona lamateria orgánica,a medida que seva viendo sometidaa mayor presión ytemperatura.

Figura 7.Esquema de una

extracción conSoxhlet.

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(2 ml); después se van aña-diendo, sucesivamente, las fa-ses móviles. En nuestro casovan a ser 3, que van de me-nor a mayor polaridad:

• 60 ml de hexano, que va apermitir separar compuestospoco polares, tales como loshidrocarburos alifáticos.

• 70 ml de diclorometano:he-xano (4:1), que va a permi-tir separar compuestos depolaridad intermedia, talescomo los hidrocarburosaromáticos.

• 60 ml de metanol, que va apermitir separar los com-puestos de mayor polaridad.

En el caso de que estemos se-parando una muestra de pe-tróleo, se puede hacer unamedida aproximada de lacantidad de compuestos dedistinta naturaleza químicaque contiene. Se toma unapequeña cantidad de muestra(menos de un gramo) y se pe-sa. A continuación se disuelvecon hexano. La parte que nose disuelve, que corresponde

po de análisis (sustanciasde elevado peso molecular,que pueden dañar la co-lumna), en nuestro caso uncromatógrafo de gases conespectrómetro de masas.

b) Separar los compuestosque tenemos en la muestraen varias familias de distin-ta polaridad, de tal mane-ra que después sea más fá-cil su identificación. Hayque tener en cuenta queen estas muestras proce-dentes de hidrocarburosexiste una gran cantidadde compuestos orgánicos,lo cual va a dificultar suposterior identificación,por lo que es buena idea elir separando los compues-tos en distintas fracciones.

Este paso de limpieza en co-lumna de la muestra va a serprevio a su análisis y convienehacerlo siempre que se esténanalizando muestras sólidas omuestras de hidrocarburos.En el caso de muestras deagua no es tan interesante,dado que va a haber una mu-cho menor cantidad de com-puestos orgánicos a extraer.Estos compuestos suelen serde bajo peso molecular (dadoque los de alto peso molecu-lar no se disuelven, por lo ge-neral), por lo que no van adañar el equipo de análisis.¿En qué consiste la limpiezaen columna?

Las columnas son de vidrio(ver figura 10). En la parte in-ferior se coloca lana de vidrioy se rellenan, en nuestro caso,con sílice y alúmina, que va aser la fase estacionaria.

Se moja la columna con he-xano y se añade la muestra

a los asfaltenos, se pesa, paradeterminar el porcentaje deasfaltenos, comparándolocon el peso total. Después seprocede a hacer la separaciónen columna, de tal maneraque:

• Al obtener la primera frac-ción, se puede evaporar eldisolvente y pesar el resi-duo (compuestos separadoscon hexano). De esta for-ma, se tendrá el porcentajede hidrocarburos alifáticos.

• Si se evapora el disolventede la segunda fracción y sepesa el residuo, se tendrá elporcentaje de hidrocarbu-ros aromáticos.

• Si se evapora el disolventede la tercera fracción y sepesa el residuo, se tendrá elporcentaje de lípidos.

Al final, se van a obtener 3fracciones con familias de dis-tinta polaridad, cuyo volu-men se va a reducir en un ro-tavapor hasta 1 mililitro.

Cromatografía de gases –Espectrometría de masas(GC-MS) (ver figura 11)

La cromatografía de gases esuna técnica en la que unamezcla de compuestos se pa-sa sobre una superficie dematerial inmóvil (o fase esta-cionaria que puede ser sólidao líquida) que tiene distinta

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Figura 8.Extracción de

compuestosorgánicos

disueltos enagua.

Figura 9. Detallede un rotavapor.

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se móvil (proceso conocido co-mo elución), de tal forma queno hay dos compuestos queeluyan al mismo tiempo. Loscompuestos se separan comoresultado de la retención pro-ducida por la fase estaciona-ria. Dado que un compuestosólo se puede mover a lo largode la columna cuando se en-cuentra en fase gaseosa, eltiempo que tarda en eluir (sutiempo de retención) dependede su presión de vapor (puntode ebullición) y de su afinidadquímica por la fase estaciona-ria (por ejemplo, solubilidad).Cuanto menor sea su presiónde vapor (mayor punto deebullición) y/o mayor sea susolubilidad, más tiempo tarda-rá en eluir, debido a que laproporción de tiempo que pa-

afinidad por los distintos ti-pos de compuestos de la mez-cla. Esta mezcla se mueve so-bre la superficie de la fase es-tacionaria en un fluido ade-cuado (un gas en el caso de lacromatografíad de gases),que se denomina fase móvil,y la separación de los com-puestos se produce en fun-ción del distinto grado de re-tención de la fase estaciona-ria. En la aplicación de la cro-matografía de gases al análi-sis de hidrocarburos líquidos,la fase estacionaria es una pe-lícula fina, situada en la pa-red interior de una columnacapilar, larga y tubular. Estascolumnas suelen estar hechasde sílice, con unos 25 m delongitud y un diámetro inter-no de 0,25 mm. La fase esta-cionaria suele ser una películalíquida de metilsilicona deunos 0,25 mm de espesor,que puede inmovilizarse me-diante enlaces químicos a lapared de vidrio de la colum-na. La fase móvil es un gasinerte, normalmente helio,que pasa a través de la co-lumna bajo presión. El nom-bre exacto de esta técnica escromatografía gas-líquido,dado que implica una fasemóvil gaseosa (también lla-mada gas portador) y una fa-se estacionaria líquida.

Teóricamente, los compuestospresentes en la muestra emer-gen de la columna de formaindividual y a distintos inter-valos, transportados por la fa-

Figura 10.Columna deCromatografía.

sará en fase gaseosa será in-ferior. Para una serie homó-loga, como los n-alcanos, lanaturaleza química de losmiembros individuales es si-milar, así que su interaccióncon la fase estacionaria serásimilar. El orden de eluciónestá, por lo tanto, determina-do por su volatilidad, la cualdesciende cuando aumentael número de carbonos.

Se introduce una mezcla enextracto en una pequeña can-tidad de disolvente (por ejem-plo, 1 ml de hexano) en cabe-za de columna. Un sistema deintroducción típico es median-te una jeringa, se inyecta através de un septum (lo quecausa una mínima alteracióndel flujo de gas portador) enun puerto de inyección que secalienta (300ºC) para que to-da la muestra se vaporice rá-pidamente y entre en la co-lumna en un corto período detiempo. La cromatografía gas-líquido requiere que los com-ponentes se encuentren en fa-se gaseosa, por lo que debentener presiones de vapor sufi-cientemente altas. Los com-puestos no volátiles no pue-den analizarse mediante estatécnica, dado que nunca sal-drán de la columna. La elu-ción de los compuestos menosvolátiles de una mezcla se

Figura 11.Cromatógrafode Gases –Espectrómetrode Masas.

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Evaluación de la distribuciónde los distintos compuestos

Como se puede observar enla figura 12, es imposibleidentificar aquellos compues-tos que no han podido ser se-parados del resto y forman elabultamiento (UCM) en la ba-se del cromatograma.

Sin embargo, dado que los io-nes de fragmentación produ-cidos a partir de un ión mole-cular son característicos de laestructura de un compuesto,ayudan en la identificaciónestructural de un compuestopreviamente desconocido. Al-gunos iones de fragmenta-ción son particularmente

consigue aumentando la tem-peratura de la columna uni-formemente a lo largo delanálisis. El tiempo que pasaentre que emerge la primeray la última molécula de unmismo compuesto es muycorto.

Una vez que las moléculas sa-len de la columna del GC, en-tran en la región de ioniza-ción del espectrómetro demasas. Una vez allí, son bom-bardeadas con electronesenergéticos, que expelen almenos un electrón de cadamolécula, produciendo ionesmoleculares cargados positi-vamente, que son aceleradoshacia el sistema de detección.El espectrómetro de masastrabaja a una presión muybaja (cerca de un vacío per-fecto), para facilitar el pasode los iones hacia el detector.Los iones moleculares tienenuna gran cantidad de ener-gía, por lo que suelen ser bas-tante inestables, lo que haceque se fragmenten en ionesmás pequeños, relativamenteestables. Mediante la aplica-ción de campos electromag-néticos, puede modificarse latrayectoria de estos iones detal forma que va a dependerdel ratio masa/carga (repre-sentado normalmente porm/z) de un ión individual. Es-tos campos hacen que en ca-da momento sólo los iones deun valor m/z determinado lle-guen al detector (normal-mente un multiplicador deelectrones), produciendo unacorriente medible. Modifican-do estos campos, se puedebarrer un rango de valoresm/z durante un determinadoperiodo de tiempo (1 s). Lacorriente de iones, que esproporcional al número deiones producidos, se registrapara cada valor de m/z duran-te el barrido, lo que permiteconstruir un espectro de ma-sas. También se puede obte-ner un gráfico (ver figura 12)(denominado cromatograma)de la corriente total de ionesversus el tiempo.

abundantes y pueden perte-necer a compuestos relacio-nados que tienen unidadesestructurales en común. Porejemplo, en el caso de los n-alcanos, un ión de fragmen-tación característico de dichafamilia es el de m/z=57. Apartir del cromatograma ini-cial, se pueden seleccionar só-lo aquellos compuestos quetienen el ión 57 y obtendría-mos el cromatograma de lafigura 13.

La selección de un ión defragmentación característicose realiza para la identifica-ción de todas las familias decompuestos que contienenuestro extracto (figuras 14 y

ARTÍ

CULO

3 9

Figura 12. Cromatograma de una muestra de hidrocarburo poco degradado. Se pueden ver unaserie de picos correspondientes principalmente a los n-alcanos. Estos compuestos son muy

biodegradables. También se puede observar un abultamiento en la base del cromatograma, que seconoce como mezcla compleja de sustancias (UCM) que no han sido separadas por

cromatografía. A medida que aumenta la biodegradación, va a ir aumentando la UCM ydisminuyendo la altura de los picos de alcanos.

10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.000

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8e+07

8.5e+07

9e+07

Time >

Abundance

TIC: 207F1A1.D

Figura 13. Cromatograma con sólo aquellos compuestos que contienen el ión 57. Podemosobservar en este caso que la UCM ha disminuido debido a que ya no aparecen aquellos

compuestos que no tengan el ión 57. Quizá en este caso no facilita demasiado la identificación delos n-alcanos porque eran fácilmente identificables, pero en otras ocasiones es muy útil esta opción.

10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00

0

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Ion 71.00 (70.70 to 71.70): 207F1A1.D

Page 41: Industria y Minería. Nº351. Biorremediacion

ARTÍ

CULO y, por lo tanto, una gran can-

tidad de información. Nor-malmente, al estudiar unamuestra nos solemos centraren una o varias familias decompuestos que nos permi-ten obtener la información

15): alcanos metil substituí-dos, insaturados, cicloalcanos,aromáticos…

Como podemos observar, enuna sola muestra existe unagran cantidad de compuestos

que andamos buscando. Esprácticamente imposible es-tudiar todas las familias decompuestos, no sólo cuantita-tivamente (dada su cantidad)sino tampoco cualitativamen-te, dado que hay compuestospara los cuales no existen nipatrones comerciales. Sin em-bargo, es importante teneren cuenta que existen muchí-simas más familias de com-puestos que no se estudian, yque también pueden propor-cionar información.

El cromatograma de corrientetotal de iones frente al tiem-po, para cada muestra, se al-macena después del análisis,para que en cualquier mo-mento tengamos toda estainformación a nuestro alcan-ce. Para hacernos una idea dela cantidad de compuestos (y,por lo tanto, la cantidad deinformación) que hay en unsolo cromatograma, baste de-cir que la información conte-nida en un cromatogramapuede llegar a ocupar unos12 Megabytes.

Bibliografía

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Norma ISO TR 11046: "SoilQuality – Determinationof mineral oil content –Method by infrared spec-trometry and gas chroma-tographic method.

10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.000

5000000

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Time-->

Abundance

TIC: 207F1A1.D

10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.000

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Ion 71.00 (70.70 to 71.70): 207F1A1.D

10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.000

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Abundance

Ion 183.00 (182.70 to 183.70): 207F1A1.D

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Abundance

Ion 191.00 (190.70 to 191.70): 207F1A1.D

10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.000

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Abundance

Ion 217.00 (216.70 to 217.70): 207F1A1.D

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Ion 83.00 (82.70 to 83.70): 207F1A1.DIon 55.00 (54.70 to 55.70): 207F1A1.D

AB

C

D

E F

Figura 14. Cromatograma de la primera fracción (A) (hidrocarburos saturados) de la muestra dechapapote y de distintas familias presentes en dicha fracción mediante la selección de iones defragmentación característicos: (B) alcanos (ión 71), (C) isoprenoides (ión 183), (D) hopanos (ión

191), (E) esteranos (ión 217) y (F) cicloalcanos (iones 83 y 55).

10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.000

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100000

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Abundance

Ion 128.00 (127.70 to 128.70): 207F2A1.D

10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.000

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Abundance

TIC: 207F2A1.D

10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00020000400006000080000

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340000

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Abundance

Ion 252.00 (251.70 to 252.70): 207F2A1.DIon 253.00 (252.70 to 253.70): 207F2A1.DIon 125.00 (124.70 to 125.70): 207F2A1.D

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500000

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Abundance

Ion 134.00 (133.70 to 134.70): 207F2A1.D

A

C D

B

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Ion 191.00 (190.70 to 191.70): 207F2A1.D

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Abundance

Ion 212.00 (211.70 to 212.70): 207F2A1.D

FE

Figura 15. Cromatograma de la segunda fracción (A) (hidrocarburos aromáticos y benzotiofenos)de la muestra de chapapote y de distintas familias presentes en dicha fracción mediante la

selección de iones de fragmentación característicos: (B) naftaleno (ión 128) y dimetilnafatalenos(ión 156, 141 y 128), (C) benzo(a)pireno (iones 252, 253 y 125), (D) metilbencenos (ión 134),

(E) metilfenantrenos y metilantracenos (ión 191) y (F) benzotiofenos (ión 212).

40

Page 42: Industria y Minería. Nº351. Biorremediacion

Biomarcadores y su utilidad en laevaluación de la biodegradación del petróleo

J.E. OrtizDr. Ingeniero de MinasM.J. GarcíaIngeniero de MinasLaboratorio de EstratigrafíaBiomolecularE.T.S.I. de Minas de Madrid

J.L. Rodríguez GallegoIngeniero de MinasDpto. Explotación de Minas-MetalogeniaE.T.S.I. de Minas de Oviedo

N N

CH 3

C2H5

CH

H3C

Mg

NNH3C

H

H CH 2

CH 2

CO O

CH 2

CH 3

OCO O CH 3

N N

X

X

X

X

M

NN

X

X

X

XX

N N

X

X

X

X

M

NN

X

X

X

Diagénesis

Clorofila-a

Figura 1. Esquemade la degradaciónde la clorofila-a,que puede derivarmediante procesosdiagenéticos apristano (vía de laizquierda) o fitano(vía de laderecha).

ducirse (mediante hidrogena-ción), lo que resulta en la for-mación de hidrocarburos alifáti-cos (esteranos, hopanos…), o aaromatizarse.

Los biomarcadores son muyimportantes dado que, en ge-neral, pueden proporcionarinformación acerca de: fuen-tes biológicas de materia or-gánica sedimentaria, mediosdeposicionales, madurez de lamateria orgánica, edad geo-lógica… Estos compuestos sontan sólo constituyentes traza,pero pueden ser muy útiles,especialmente en el caso delos petróleos: se emplean unagran cantidad de tipos estruc-turales en la geoquímica delpetróleo y, lo que es más im-portante en el tema que nosocupa, también se ha demos-trado su gran utilidad en laevaluación de la efectividad

ARTÍ

CULO

4 1

El empleo de biomarcadoreses útil en el estudio de la evo-lución de la degradación delpetróleo cuando se empleanmicroorganismos. En funciónde la resistencia a la degrada-ción, existen biomarcadoresque sirven para evaluar me-jor la eficacia de la biorreme-diación en las primeras eta-pas, como es el caso de los hi-drocarburos alifáticos, mien-tras que otros, como los hi-drocarburos aromáticos o loshopanos, permiten determi-nar la degradación a más lar-go plazo.

Biomarkers are usefulcompounds for the deter-mination of the oil degra-dation when microorga-nisms are used. There aresome biomarkers such asthe aliphatic hydrocarbonswhich are used to evalua-te the bioremediation inthe first stages after an oilspill, while others, aroma-tic hydrocarbons or hopa-nes, are used to determinethe contamination at lon-ger stages.

Introducción

Los biomarcadores presentanuna gran utilidad en el estudiode la eficiencia de la biorreme-diación. Se conoce como bio-marcadores a aquellos com-puestos que pueden ligarse deforma inequívoca con sus pre-cursores biológicos y cuyo es-queleto de carbonos base sepreserva de tal forma que es re-conocible a pesar de la diagé-nesis y de gran parte de la cata-génesis. Muchos biomarcadorestienen inicialmente grupos fun-cionales que contienen oxígeno(dado que muchos de ellos de-rivan de los lípidos de los orga-nismos) y se ven sometidos almismo proceso de pérdida degrupos funcionales que el restode la materia orgánica. Por lotanto, los productos diagenéti-cos son generalmente hidrocar-buros, aunque pueden sobrevi-

vir a la diagénesis pequeñascantidades de compuestos congrupos funcionales, como losácidos grasos. Al mismo tiem-po, los compuestos no satura-dos (aquellos que contienendoble enlace C=C) tienden a re-

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ARTÍ

CULO de la biorremediación de ver-

tidos de petróleo como se ex-pondrá a continuación.

Aplicación de losbiomarcadores a labiorremediación

El estudio de biomarcadorespermite obtener informaciónsobre el rendimiento de losdistintos métodos de degra-dación de los residuos del pe-tróleo, principalmente losque se refieren el empleo demicroorganismos. Asimismose puede evaluar la eficaciadel uso de diferentes fertili-zantes o catalizadores que in-tervienen en la proliferaciónde las bacterias y, en conse-cuencia, en la degradación delos productos del petróleo.

Los biomarcadores son molé-culas que retienen el esquele-to básico hidrocarbonado delos compuestos biológicos através de los procesos de ma-duración. La mejor opción pa-ra el control van a ser algu-nos tipos de biomarcadores,en especial aquellos cuya de-gradación biológica es muylenta o directamente no va atener lugar. En concreto, loscompuestos que se utilicendeberían ser referencias queno se originen en el crudo nien ningún derivado en proce-sos de envejecimiento o bio-degradación. Además, seacual fuere el tipo de analíticautilizada se debe demostrarque la eficiencia en la extrac-ción del biomarcador es lamisma que para el resto delos compuestos (Riser-Ro-berts, 1998).

Además, en la aplicación delas técnicas de biorremedia-ción es de vital importancia laselección de compuestos quedentro de la mezcla complejadel petróleo no sean biode-gradables. Este hecho seráaprovechado para conseguirreferencias que permitan me-dir si la degradación que tie-ne lugar es biológica o no y,si es así, qué microorganismos

y de qué manera están degra-dando los contaminantes ycuáles no. Como criterio gene-ral, partiremos de que la pro-porción entre compuestosbiodegradables y no biode-gradables en una mezcla decontaminantes disminuye sihay biodegradación.

Entre los hidrocarburos delpetróleo es fácil encontrarcantidades relativamente pe-queñas de biomarcadores(usualmente por debajo del1% en peso) de origen lipídi-co. Al final de la diagénesissus precursores son transfor-mados en hidrocarburos que,después de la catagénesis, to-davía permiten fijar los pre-cursores específicos.

Cualquier programa de ensa-yo sobre biorrecuperaciónque implique la desapariciónde residuos de petróleo o dehidrocarburos, presentará di-ficultades analíticas. Ello esdebido a que existen otrosprocesos que implican la desa-parición de residuos de petró-leo o de hidrocarburos medi-dos mediante cromatografíade gases, que pueden afectaro contribuir a la desapariciónde los residuos. Para hacerfrente a estos problemas, sesupone que la desaparición dealgunos grupos de hidrocar-buros se puede utilizar comoindicador definitivo de la bio-degradación. Los indicadoresde la biodegradación estaríanasociados a cambios sustancia-les en la composición de va-rias fracciones del petróleo,

42

Figura 2.Cambios en

las relacionesn-C18/fitanoen playas deguijarros de

Alaska.Modificadode Pritchard

(1997).

especialmente los hidrocarbu-ros aromáticos. También sesupone una correlación entrelos cambios en la composiciónde los hidrocarburos y loscambios de peso residual delpetróleo, para poder calculartasas de desaparición de lospesos residuales como primerindicativo cuantitativo delefecto del fertilizante y, enconsecuencia, de la eficaciade la limpieza durante perío-dos de tiempo más largos.

Existen varios parámetros quese pueden emplear para de-terminar el grado de biode-gradación. En primer lugar, sepuede usar la concentraciónde hidrocarburos alifáticos,aunque presenta algunas des-ventajas, ya que constituyenla fracción más fácil de degra-dar, son los menos tóxicos ysuponen solamente un pe-queño porcentaje en peso delpetróleo. También se puedendeterminar los cambios pro-ducidos por los organismos yfertilizantes en la fracciónaromática, que es más resis-tente a la degradación y mástóxica. Por último, otro méto-do eficaz para estimar la efi-cacia de la biorremediaciónse basa en la separación delas distintas fracciones del pe-tróleo: alifática, aromática,heterocíclica, polar y asfálti-ca, y determinar la disminu-ción del peso de cada una(Jobson et al., 1972).

No obstante, todos estos índi-ces se verán afectados en ma-yor o menor medida por los

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et al., 1992). Por lo tanto, es-tudiando la evolución en eltiempo del ratio n-C18/fitano,se puede estimar el grado debiorrecuperación de una zonaafectada por un vertido depetróleo (figura 2).

Su utilización solamente esválida al comienzo del trata-miento; si se analizan cuandoel proceso ha avanzado mu-cho, pueden subestimar labiodegradación. Concreta-mente, durante la remedia-ción del vertido del ExxonValdez, el pristano y el fitanose degradaron rápidamente ysólo pudieron utilizarse comobiomarcadores adecuados enlas primeras semanas (Bragget al., 1994).

Biodegradación del Fitano

En la utilización de los bio-marcadores influyen tambiénlas condiciones locales de ca-da zona. De hecho, en ciertascostas, como en la de PrinceWilliam Sound de Alaska, sedesarrollan bacterias con grancapacidad de degradar alca-nos ramificados como el fita-no, por lo que el estudio de laevolución del ratio n-C18/fita-no no es útil como indicadorde biorremediación. Es más,en el vertido del Exxon Valdezse observó en algunas zonasde Alaska una degradación si-milar de fitano y de n-C18(Pritchard, 1997). En estos ca-sos, el contenido total defitano por sí solo se puede em-plear como marcador biológi-

otros procesos, ya citados quepuedan contribuir a la desa-parición de los hidrocarburos.Es aquí cuando entra el usode los biomarcadores, en con-creto de aquellos que no sonbiodegradables, como formade evaluar qué parte desapa-rece por biodegradación ycuál por otros procesos dife-rentes. A continuación se ex-pondrán los diversos biomar-cadores que se emplean enlos estudios de degradacióndel petróleo.

Ratio de n-alcanosnormales respecto a n-alcanos ramificados

Este ratio se determina calcu-lando la relación del peso en-tre un hidrocarburo de biode-gradación fácil, principalmen-te los n-alcanos de 17 y 18átomos de carbono (n-C17 yn-C18), y un hidrocarburoque se biodegrada más lenta-mente, generalmente hidro-carburos ramificados como elpristano (Pr) y fitano (Ph). Es-tos dos últimos compuestosson isoprenoides que derivande la degradación de la cloro-fila-a (Figura 1), generalmen-te mediante oxidación y re-ducción, respectivamente.

Se seleccionan el pristano y elfitano para realizar las com-paraciones debido a que sonlos isoprenoides más abun-dantes en el petróleo. Se em-plean, por tanto, las relacio-nes n-C17/pristano o n-C18/fi-tano, aunque es preferibleemplear la última, ya que, enocasiones, el agua del marpresenta pristano de formanatural. La base del estudiose basa en que, por un lado,la mayor parte de los proce-sos (meteorización física, lixi-viación, etc) no producen pér-didas acusadas de hidrocar-buros ramificados y alifáticosy, por otro, los alcanos ramifi-cados se biodegradan a dis-tinta velocidad que los alca-nos lineales, que en generales más rápida en los primeros(Prinik, et al., 1977; Mueller

co interno al igual que el deln-C18 (figura 3).

Cambios en la composiciónde hidrocarburosaromáticos

Para poder determinar de for-ma absoluta la efectividad dela biorrecuperación, no es sufi-ciente únicamente con el estu-dio de la biodegradación de lafracción alifática. Se debe tam-bién estudiar el comporta-miento y evolución de la frac-ción aromática, ya que es lamás complicada de degradar(Kennicutt, 1988; Rowlandet al., 1986) debido a que pre-senta una baja solubilidad. Es-to es importante no sólo por-que permite evaluar la capaci-dad de recuperación de unazona, sino porque algunos hi-drocarburos policíclicos aromá-ticos (PAHs) son altamente tó-xicos y potencialmente cancerí-genos bajo ciertas condiciones.

Para evaluar la capacidad dedegradación, se suelen emplearcompuestos de forma indivi-dual y familias de PAHs (nafta-lenos, fenantrenos, crisenos,etc). Asimismo, se puede de-terminar la eficiencia de losmicroorganismos en una zonasometida a biodegradación delpetróleo, mediante el estudiode la evolución de la abundan-cia de la suma total de PAHscon el tiempo (Figura 4).

Generalmente, el estudio serealiza comparando la propor-ción de los diferentes hidrocar-

Figura 3. Cambiosen la concentración

de fitano y n-C18(expresado como

cambio porcentualen relación a la

concentraciónmedia a t=0) en las

muestras de petróleoen arena y grava de

las playas tratadasen Sung Harbour

(Alaska).Modificado de

Pritchard (1997).

ARTÍ

CULO

4 3

Page 45: Industria y Minería. Nº351. Biorremediacion

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CULO

En el caso del vertido del Ex-xon Valdez, se observó un au-mento de más del doble en lavelocidad de desaparición delpetróleo residual sobre loscantos al añadir un fertilizan-te (tabla I).

Hopanos

Derivan del acoplamiento deseis unidades de isopreno.Son abundantes en sedimen-tos y en el petróleo, si loscomparamos con otros bio-marcadores. Proceden de pre-cursores con grupos funciona-les (biohopanoides) presentesen las bacterias. Los hopanoi-des (bacteriohopanotetroles)están presentes en las mem-branas de numerosos organis-mos procariotas, tanto aero-bios como anaerobios, y sufunción parece ser la de me-jorar la estabilidad de las pa-redes celulares. En este senti-do, no sólo su función, sinosu estructura está muy rela-cionada con la de los estero-les (el más conocido de estoses el colesterol) en organis-mos eucariotas (Madigan etal., 2000). Los grupos funcio-nales se pierden durante ladiagénesis aunque, en gene-ral son resistentes a la degra-dación. Además de a los ho-

buros aromáticos con el conte-nido del hopano C30-17a(H),21b(H), ya que es sumamenteresistente al ataque biológicoy, por consiguiente, proporcio-na un estándar constante paranormalizar el contenido en hi-drocarburos aromáticos. Másadelante se realiza una des-cripción más detallada de loshopanos y de su empleo en labiorremediación.

Cambio de composición ycambio en el peso residual

En principio se podría pensarque la rápida reducción en larelación n-C18/fitano no vaacompañada de un cambioimportante en el peso resi-dual del petróleo. Sin embar-go, diversos estudios han con-firmado que cuando comien-za la degradación de la frac-ción alifática, se inicia tam-bién la descomposición deotras fracciones del petróleo,aunque a velocidades dife-rentes. Existe, por lo general,una correlación entre las va-riaciones del ratio n-C18/fita-no y del peso residual, con eltiempo de actuación de losorganismos.

Con este estudio comparati-vo y a partir de la ecuaciónde la recta resultante, se pue-de determinar la vida mediade permanencia del petróleoen la costa, es decir, la tasade descomposición del mis-mo y los días que tardará endesaparecer.

panos, los productos diagené-ticos de los biohopanoides in-cluyen a los hopanoles, ácidoshopanoicos y hopenos.

Entre todos los hopanos, elC30-17α(H), 21β(H)-hopano esun buen biomarcador, por-que tiene baja solubilidad ymuy baja volatilidad, con loque no sólo la biodegrada-ción, sino también la disolu-ción o la evaporación sonprácticamente descartables.

Para calcular la eficiencia dela biodegradación del petró-leo a partir de los hopanos sepuede utilizar la siguienteecuación (Douglas et al.,1994):

Donde Ho es la concentra-ción del hopano C30-17α(H),21β(H) en el petróleo origina-riamente y Hs es la concentra-ción del hopano C30-17α(H),21β(H) en la muestra despuésde haber sido sometida a bio-degradación.

Pese a todo, algunos autores(Sasaki et al., 1998; Pollardet al., 1999) ponen en duda suutilización por varios motivos:

• En algunos crudos pesadossu presencia es muy limita-da, con lo que el error analí-tico podría ser muy grande.

• Parece que existe algunaevidencia de su degrada-ción en arenas asfálticas.

Las alternativas existentes noson muchas, ya que los mis-mos problemas se puedenaducir si se usa algún otrocompuesto del petróleo, obien metales pesados seleccio-nados de entre los más abun-dantes (vanadio o níquel).

Figura 4. Contenidototal de PAHs endistintas áreassometidas a laacción de lasmareas en PrinceWilliam Sound(Alaska) después dehaber sidosometidas adegradaciónbiológica.Modificado deBoehm et al.(1995).

Playa Pendiente Vida media Tiempo para eliminar el 90%del residuo T (días)

Tratada -0.016 44 146No tratada -0.006 124 411

Tabla I. Análisisde las tasas dedescomposiciónen playas deSnug Harbor(Alaska).Modificado dePritchard(1997).

% petróleo degradado = (1- Ho/Hs) x 100

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ción, existen biomarcadoresque sirven para evaluar mejorla eficacia de la biorremedia-ción en las primeras etapas,como es el caso de los hidro-carburos alifáticos, mientrasque hay otros, como los hi-drocarburos aromáticos o loshopanos, que permiten deter-minar la degradación a máslargo plazo y la recuperaciónde las zonas contaminadas.

Referencias

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Otros biomarcadores

Como alternativa a los com-puestos ya señalados, se po-dría elaborar una lista deotros posibles biomarcadoresque se podrían utilizar paracuantificar la biodegradacióndel petróleo:

• Esteranos: Son compuestoscon una estructura similar ala de los hopanos (cuatroanillos frente a cinco). Elmás conocido entre ellos esel colestano cuyo precursores el colesterol de los orga-nismos eucariotas.

• Esteroides: También con es-tructura similar a los hopa-nos, pero con anillos bencé-nicos en ella. Son, por tanto,hidrocarburos aromáticos.

• Porfirinas: Son un grupo ex-tremadamente complejo decompuestos tetrapirrólicos.Se originan en el mismo pro-ceso diagenético (precursor:clorofila) en el que se forma-ban pristano y fitano.

• Metales: Por diversos moti-vos (Sasaki et al., 1998) seha propuesto el vanadio co-mo marcador interno de labiodegradación.

Existen otros biomarcadores,entre los cuales se encuen-tran: compuestos con NSO,tales como porfirinas, carba-zoles, fenoles, ácidos carboxí-licos y compuestos del azufre.

Conclusiones

En este artículo se pone demanifiesto la utilidad de losbiomarcadores en el estudiode la evolución de la degrada-ción del petróleo cuando seemplean microorganismos.Generalmente, en función dela resistencia a la degrada-

Kennicutt, M.V. (1988). Theeffect of biodegradation oncrude oil bulk and molecu-lar composition. ChemicalPollutans 4: 89-112.

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CULO

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Figura 5.Representaciónhabitual delhopano C30-17a(H), 21b(H) ysu verdaderaestructuratridimensional.

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CULO La dinámica marina T. Torres

Dr. Ingeniero de MinasCatedráticoJ. E. OrtizDr. Ingeniero de MinasProfesor AsociadoLaboratorio de EstratigrafíaBiomolecular

E.T.S.I. de Minas de Madrid

Figura 1.Esquema deldesarrollo de unacantilado. 1-acantiladocon zapamientobasal; 2- plataformade abrasión.

El medio marino

El dominio marino se puededividir en dos ambientes deextensión desigual: el medionerítico, hasta 200 m de pro-fundidad, y el medio oceánico,la zona restante y arealmentemucho más importante.

El medio litoral se divide envarios subambientes:

• Supralitoral o supramareal(backshore), por encima dela zona de alcance de lasmareas altas.

• Interlitoral o intermareal(foreshore), zona compren-dida entre las mareas alta ybaja.

• Sublitoral o infralitoral(shoreface) hasta la zonadel donde rompe brusca-mente la pendiente la pla-taforma costera. En esta zo-na se identifica una parte,denominada nearshore,que va desde la línea decosta a la zona de rotura.

n el entorno de infor-maciones referidas aldesastre del Prestige,

se pone de manifiesto, concierta claridad, el perfectodesconocimiento del mediofísico en el que se escenificael desastre. Este medio, porsu propia dinámica, merecealgo más de consideración,siendo preciso contemplarloen sus muchas facetas. Ellasreflejarán, para bien ó paramal, todas las actuaciones

posteriores como: reinicio delas actividades extractivaspesqueras, uso turístico de lazona, limpieza, remediación,información mediática y polí-tica. Pues bien, valgan estasconsideraciones para aquellosque parecen necesitarlas, nopara aquellos que las cono-cen sobradamente: mariñei-ros, marinos y todos los cien-tíficos, predominantementeignorados, que trabajan en elestudio del medio marino.

En este trabajo se realiza unarevisión general de los aspec-tos generales de la dinámicamarina, especialmente cen-trado en playas y la partemás cercana a la costa de laplataforma. Es evidente quela dinámica de erosión, trans-porte y depósito de sedimen-tos, jugará un papel funda-mental en la removilizaciónde contaminantes. Formas deacumulación más profundas,jugarán un papel fundamen-tal como reservorios de con-taminantes. También es im-portante, especialmente enel caso de aplicar biorreme-diación, el efecto que produ-cirá el desplazamiento ligadoa las mareas de la interfaseagua dulce-agua salada.

This paper deals with ageneral overview of ma-rine dynamics, mostly fo-cused on beaches and nearshore continental platformenvironment. The roleplayed by the erosion,transport and further sedi-ment deposit in pollutantfeedback processes seemsto be crucial . Deeper accu-mulation forms will act asimportant pollutant reser-voirs. In the case of biore-mediation mechanisms ap-plication, the continuousmigration of the t ide-linked freshwater/salinewater interface wil l bevery important too.

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El medio oceánico también sesubdivide en varias zonas, deacuerdo a su batimetría ymorfología (pendiente).

• Zona batial, que correspon-de al talud

• Zona abisal, el fondo oceá-nico por debajo de 4.000 m.

• Zona hadal, las partes másprofundas.

Digamos que, de una maneradescriptiva, tendríamos queel conjunto del problema delPrestige abarca dos ambien-tes claramente diferenciados:el medio próximo y el mediolejano. En el primero se situa-rán los dos puntos del fondooceánico, abisal, en el que es-tán los dos pecios en los quese ha convertido el petroleronaufragado. En el medio leja-no, la zona litoral, es la quealberga la biomasa principal yla zona de interés económicoy social.

Ello no quiere decir que elmedio próximo no esté, porsu posición remota, contribu-yendo a la contaminación delmedio lejano por fugas en"fisuras". Algunas de estas fi-suras, en televisión al comen-tar algunas de las pocas imá-genes, se denominan bitas,que son, de acuerdo al "Se-co" "una columna de aceroafirmada sobre una base acubierta, alrededor de la cualse sujetan los cabos de ama-rre". Parte del fuel podrá al-canzar, cuando se "solidifi-que" otras áreas, al ser trans-portado por corrientes geos-tróficas que transportan y de-positan sedimentos en zonasmuy profundas, dando lugara unos depósitos que se de-nominan contouritas (Essenet al. 1966). Aunque en estanota no nos ocuparemos másde ellas, ahí quedan.

Si volvemos nuevamente a lazona nerítica, figura 1, tam-bién podemos establecerotras divisiones que serán deinterés a la hora de analizarcomo y porqué el fuel del

Prestige se deposita en unazona u otra.

• La zona intermareal o in-terlitoral (foreshore), ocu-pa la parte más elevada delperfil de la costa, de formaque solo está mojada entremareas.

• La zona que está afectadapor el oleaje normal (oleajede buen tiempo), se deno-mina upper shoreface o zo-na infralitoral superior.

• La zona que está afectadapor el oleaje de tormentasse llama zona infralitoral in-ferior o lower shoreface.

• Por debajo, generalmenteinafectada está la zona demar abierto: plataforma(offshore).

Es obvio que estas divisionesson variables, según zonas geo-gráficas y regímenes climáti-cos; no obstante, se puede de-cir que el límite de profundi-dad del mar abierto varía en-tre poco más de 20 metroshasta 50-200 m.

La dinámica de las aguasmarinas

El movimiento de las aguasmarinas va a ser el gran ele-mento modelador de la mor-fología de las costas. Existentres tipos fundamentales demovimiento de las aguas ma-rinas (Nichols 2000):

• Oleaje• Mareas• Corrientes

Figura 2.Zonación deun perfil de

playa (segúnGuillén 1992,

tomado deGracia et al

2000).

El agente modelador más im-portante, al menos a simplevista, es el del oleaje, quepuede definirse como el mo-vimiento ondulatorio delagua, del mar en este caso,que generalmente será gene-rado por la acción del viento.Sus características depende-rán de la intensidad del vien-to, de su duración y del su re-corrido sobre la superficie delmar. De aquí que el oleajecontinúe durante un ciertotiempo, aunque el viento quelo originó ya hubiera cesado.

Durante la mayor parte deltiempo las olas "no se mue-ven", en otras palabras, no setrasladan, al ser un movi-miento oscilatorio de las par-tículas del agua marina, quedescriben trayectorias circula-res, de radio menor cuantomayor es la profundidad a laque se encuentran, hasta quesu movimiento cesa, por ellose denominan olas de oscila-ción. Por lo tanto, es el vien-to, como muy bien sabemosel que va haciendo derivar losmateriales que flotan, los hi-drocarburos entre otros, has-ta acercarlos a la costa. Cuan-do las olas se van acercando ala costa, las partículas, querotaban libremente segúntrayectorias circulares, en laspartes más profundas de lazona afectada por el oleajeoscilatorio, comienzan a ro-zar con el fondo del mar y seretrasan respecto las que gi-ran en órbitas más cercanas ala superficie. A partir de este

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CULO

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CULO pueden resumir en la suce-

sión, dos veces al día, de subi-das y bajadas del nivel de mar.Fundamentalmente por la ac-ción de la atracción solilunar,aunque se reconoce tambiénla influencia del efecto Corio-lis. Las mareas no solamentealteran la posición relativa delnivel de base del oleaje sinoque también inundan conagua marina zonas llanas dela interfase continental-mari-no, marismas s.l., que suelenser de alta productividad bio-lógica y de gran fragilidad einterés medioambiental.

El oleaje es también responsa-ble de dos tipos de corrienteque afectan profundamentelos depósitos costeros, en es-pecial a las playas: las corrien-tes de deriva litoral:

• Dado que el oleaje inciden-te es asimétrico, ya que larefracción no suele ser to-tal, hay un transporte ha-cia tierra.

• El oleaje, por sí mismo, pro-voca una elevación longitu-dinal del nivel del mar en lazona costera de playa y secrea una corriente de fondoque transporta material maradentro.

• Transporte hacia mar abier-to de sedimento por oscila-ciones infragravitatorias de-bidas a la asimetría deloleaje incidente.

En cualquier caso el materialno acumulado (erosionado)directamente en la zona deincidencia del oleaje va a se-guir dos caminos:

• Una parte del material semoverá longitudinalmentea lo largo de la playa por las

punto la ola comienza a "le-vantarse" aparece la cresta(zona de surf en la literaturaanglosajona) y, finalmente, sedesploma en la zona de rotu-ra. Obviamente, se produceuna gran liberación brusca deenergía que es un agenteerosivo de gran importancia.

Las olas no se comportan deuna manera caprichosa, yaque su paso de movimientoondulatorio a traslación vie-ne definido por un paráme-tro: la profundidad efectiva.Este es equivalente a la mi-tad de la longitud de ondadel oleaje: la mitad de la dis-tancia que separa dos crestaso dos valles sucesivos de olasde oscilación. Por debajo deesta profundidad, el roce delas partículas con el fondo,provoca que empiecen a des-cribir órbitas ligeramenteelípticas, y afectarán al fon-do. Esta afección no es malaen sí, ya que transporta oxí-geno y nutrientes, pero noimpedirá que los contami-nantes de densidad similar ala del agua, el chapapotep.e., no se quede estático, ro-dando y formando masasalargadas que atraparán ani-males que viven asociados alfondo marino (bentónicos)muchos de los cuales son ob-jeto de interés económico.

Cuando las olas se acercan ala costa, sufren un fenómenoque es realmente importante:la refracción del oleaje: la lí-neas del oleaje (crestas) tien-den a colocarse paralelas a lalínea de la costa. Esto explicaque los cabos o promontoriosson batidos por el oleaje portodos los lados y sometidos,por lo tanto, a una erosiónmecánica muy importante.Por el contrario, los fondosde bahía se suelen irse relle-nando por aportes de detríti-cos, que no son sino los apor-tes del oleaje casi paralelo ala línea de costa.

Las mareas, aunque no mere-cen especial descripción, se

corrientes de deriva debidasal oleaje.

• Otra parte del material irá aparar a la parte sumergidade la playa, donde se acu-mulará formando barras,cuya posición será variable alo largo del tiempo, aunqueen general tenderá a migrarhacia tierra.

Las costas

Las costas son susceptibles denumerosas clasificaciones, se-gún su contexto geológico,oceanográfico o geomorfoló-gico (ver Gracia et al., 2000).Valga decir que la costa galle-ga, de acuerdo con la clasifi-cación de Johnson (1919) se-ría una costa de hundimiento,en la que predomina la mor-fología de ría, denominaciónque coincide con la clasifica-ción más reciente de Kelletat(1995). De acuerdo con la cla-sificación de Cotton (1952)sería una costa de región esta-ble, con formas derivadas tan-to de emersión previa comode hundimiento reciente. Deacuerdo con Valentín (1952)sería una costa en retroceso-retrogradante en la zona deacantilados. PosteriormenteSephard (1976) daría una cla-sificación en las que las costasgallegas se incluirían en elgrupo denominado de "costasprimarias".

De cualquier forma, las costasoceánicas de la Península Ibé-rica constituyen sistemas muycomplejos en los que pareceexistir una sucesión de esta-dios evolutivos, generalmentebien reconocidos:

• Un levantamiento relativode la costa, con la exhuma-

Figura 3. Formasgeneradas por

acumulación desedimentos en la

zona deplataforma

(Modificado deNichols 2000).

1-crestas arenosas(sand ridges );

2- cordonesarenosos

(sand ribbons)¸3- barras arenosas

(sand waves).

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El trasiego de personas y resi-duos durante las operacionesde recogida de chapapote in-dudablemente ha afectado ala la geometría de los siste-mas dunares, degradando lafrágil cubierta biológica Tam-bién habrá aportado por ac-cidente, fragmentos de cha-papote caídos. En el futurohabrá que esperar un aporteimportante de clastos de cha-papote, una vez que se soli-difique más profundamentey se haga frágil, siendo, gra-cias a su baja densidad, trans-portado por el viento, hastaquedar retenido en trampasde sedimento en las zonasdunares.

Marismas

Si se entiende como tal elconjunto de marismas bajas(slikke), inundables con cual-quier marea y marismas al-tas, que solamente se inun-dan en las mareas vivas(schorre), se trata de mediosmuy sensibles a la afecciónmedioambiental. Si fueronpreviamente protegidas, ha-brán quedado protegidas dela llegada de contaminantes,aunque no hay que ignorarla posibilidad de que, con-forme se vayan desprendien-do de las películas sobre ro-ca, puedan alcanzarlas.

Zonas arenosas emergidas

Las zonas arenosas emergidasforman parte de los ambien-tes de acumulación, transi-

ción de rasas costeras pre-viamente cubiertas por elmar.

• Un hundimiento tardíodebido a la transgresióndel Flandriense (6.000 BP)que inundó valles fluvia-les preexistentes, propi-ciando la generación delas rías.

La costa gallega, además, tie-ne numerosas peculiaridades,fundamentalmente ligadas asu desarrollo irregular, de for-ma que hay zonas rocosas so-metidas a fuerte erosión me-cánica por el oleaje (acantila-dos), mientras que hay fon-dos de bahía, sea cual sea suescala, en la que se produceacumulación de materialesclásticos. Tampoco hay queolvidar el desarrollo de zonasde marisma y las dunas detransplaya.

En cualquier caso, hay que te-ner en cuenta que todos losambientes descritos van a es-tar sometidos durante largotiempo a una exposición va-riable, siempre importante, ala acción de los agentes con-taminantes derivados del ver-tido del Prestige, que a conti-nuación se pasará a describir.

Dunas de transplaya

Aunque los sistemas dunaresno son parte dominante delsistema marino de la zonaafecta por el vertido, no hayduda de su afección futura opresente.

ción y transporte de los mate-riales aportados por el oleaje,corrientes marinas y mareas.Existe una amplia serie de cla-sificaciones aunque aquí va-mos a citar de forma rápidalas clases definidas por Zen-kovitch (1967):

• Formas adosadas: playas,bermas y promontoriosarenosos

• Formas libres: flechas• Barreras• Formas de conexión playas

barrera y tómbolos• Formas desconectadas: pla-

yas barrera, islas.

Estas zonas habrán sufridouna enorme agresión por lallegada de chapapote y las la-bores de limpieza.

Acantilados y zonas rocosas

En zonas costeras rocosasaparecen dos formas domi-nantes: las plataformas deabrasión y los acantilados, verfigura 2.

Las plataformas de abrasiónse generan en la base de losacantilados, tras su retrocesopor zapamiento. Los acantila-dos generalmente están so-metidos a procesos de retro-ceso, bien por la acción mecá-nica del oleaje, bien por lameteorización, muy intensasobre materiales graníticos enlos que el oleaje y la bioero-sión desagregan las capas su-perficiales de la roca, sobre laque se asientan numerosascomunidades biológicas y, ac-tualmente, el chapapote. Laacción de raspado de la pelí-cula de hidrocarburos tam-bién arrastrará la capa super-ficial de roca meteorizada enla que, como se ha indicado,se asientan numerosas comu-nidades animales y vegetales.

Formas subacuáticas

Aunque las formas subacuáti-cas se caracterizan por ser efí-meras, no pueden ser dejadasde tener en cuenta, toda vez

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CULO

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Figura 4. Fenómenos que se producen en la zona de batida del oleaje (Pedraza 2000). 1-no afectado por el oleaje; 2-trasporte por rodadura; 3- turbulencias y generación de ripples; 4-ciazalla paralela al lecho marino y laminación paralela en su caso; 5-erosión del fondo porcavitación, suspensión de nubes de area, sedimentación gradada; 6-cizalla paralela al fondo

sobre material más grueso, en su caso laminación paralela.

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CULO del tiempo. Su migración es-

tará ligada a las corrientesgeostróficas, corrientes demarea, en mares de gran am-plitud de marea, y de fondodurante episodios de tormen-ta. Estos procesos, aunquemenos perceptibles, resultande enorme importancia yaque pueden actuar como re-servorio de sedimentos y, ob-viamente, de contaminantes,como es el chapapote, quepodrá irse liberando lenta-mente conforme las formas,metaestables en cualquier ca-so, vayan migrando lenta-mente según las corrientes dela zona, o incluso de la épocadel año.

Donde el carácter efímero delas formas se manifiesta deforma más palpable es en elárea afectada por la batidadel oleaje, figura 4. En estazona se producirá una fuertealteración de la morfologíadel fondo en la zona de rom-

que actúan como reservorio osumidero de sedimentos, esdecir, se producirán lo que engeomorfología de denomina"reagrupamientos y estabili-zaciones" es decir apareceránformas de "acreción-agrada-ción" en el sentido propuestopor Pedraza (1996). En estecaso consideraremos al cha-papote como un tipo más desedimento, aunque de origenantrópico.

Dado el carácter mixto de lacosta gallega, donde coexis-ten condiciones meteorológi-cas en las que son frecuenteslos episodios de tormenta yen la que, de acuerdo con laamplitud de las mareas, sedan condiciones mesomarea-les, se tendrá una superposi-ción de corrientes debidas aloleaje y otras debidas a lasmareas.

De forma general, las formassubacuáticas responden a dosentornos distintos: las queaparecen asociadas a la playa,es decir, las partes mas some-ras del fondo marino y lasmás profundas, por debajodel nivel de base del oleaje.

En las zonas de fondo de pla-ya habrá formas menores co-mo ripples (rizaduras), mega-rripples (dunas) o fondos pla-nos, según estados de ener-gía creciente.

En zonas más profundas de lazona infralitoral, figura 3,aparecerán trenes de barraslitorales (acumulación) y sur-cos (erosión), en una disposi-ción que los autores anglosa-jones denominan "ridge andrunnel", seguidos hacia zonasmás profundas por cordonesarenosos (sand ribbons) y ba-rras arenosas (sand waves).

Unos apuntes sobredinámica

Las formas de gran tamañoque se desarrollan por debajodel nivel de base del oleajeno serán estables a lo largo

pientes: se producirá una so-bre-excavación. El materialarrancado permanecerá sus-pendido corto tiempo y alcaer podrá dar lugar a la apa-rición de sedimentación gra-dada (tempestitas). Tambiénaparecerán formas propias, sise trata de una tempestad(hummocky cross bedding). Enel fondo se generarán turbu-lencias que darán lugar a laaparición de ondulaciones dellecho (ripples), de corta vida,y laminación paralela de altaenergía, por esfuerzos de ci-zalla paralelos al perfil delfondo.

Cuando se conjugan las accio-nes de subida y bajada de ma-rea y el oleaje, se observa queexiste un importante cambiomorfológico diurno, que con-lleva la excavación de surcosasociados a la rompiente, elcual, con las subidas y bajadasde la marea, se irá desplazan-do a lo largo del perfil trans-

Figura 5. Relacionesentre nivel de base yciclos mareales en la

zona interlitoral(Duncan 1964).

I- marea baja; II- puntomedio del flujo de

marea; III puntoculminante del flujo demarea; IV-punto medio

del reflujo de marea;V-marea baja.

1-nivel de base; 2-zona de efluente;

3-zona de infiltración;4-acumulación;5- excavación.

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gimen influente ya que elagua marina superficial se in-filtra, modificando el contor-no del nivel de base. Este as-pecto es muy importante yaque asegura un aporte bi-diurnal de oxígeno nutrientes(aportados en su caso), aun-que en zonas topográficas al-go distintas.

Conclusiones

Los sistemas marinos y coste-ros muestran una dinámicacambiante difícil, posible-mente imposible de predecir.Cualquier intento de limpie-za, en su caso biorremedia-ción, deberá realizarse to-mando en cuenta su idiosin-crasia específica. Además, nose ha de olvidar que el uso dereactivos/abonos podrá afec-tar negativamente a la faunaintersticial, que deberá sercontrolada.

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Si ahora se contempla el siste-ma playa desde un punto devista de biorremediación, ha-brá que tener en cuenta tam-bién la compleja interrelaciónque se establece con el aguaaportada por el sistema ma-rea-oleaje y el agua subterrá-nea propia de un medio ex-tremadamente poroso, comoes el de una playa arenosa, fi-gura 5. El balance final de es-tos procesos se puede resumiren que el sistema playa pue-da evolucionar hacia una pér-dida de sedimento, algo queocurre frecuentemente cuan-do se interrumpen las co-rrientes litorales de derivamediante espigones incontro-lados. También puede ocurrirque la playa tenga una ga-nancia de sedimentos, quepuede estar condicionada porsu posición topográfica-fon-do de bahía, o por la acciónde espigones de retención desedimentos. Como ejemplode pérdidas y ganancias desedimentos en una playa, seincluye en la figura 6, la evo-lución de una playa oceánicacomo la de Las Canteras enGran Canaria (Alonso et. al.2000) donde se describe latendencia general de la pla-ya, aunque es especialmentenotable el valor del rango devariación de las tasas de ero-sión/acumulación, que alcan-zan volúmenes de más de70.000 m3.

Pero no solamente es un sis-tema dinámico en orden altransporte de sedimentos, si-no que también lo es desdeun punto de vista hidrogeoló-gico. En la figura 6 se observadetalladamente el sistema, sepuede apreciar que hay pe-riodos en los que el agua sub-terránea tiene carácter eflu-yente al ascender; en otrosmomentos predomina un ré-

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Zenkovichhh, Vp.P (1967)Processes of Coastal Deve-lopment. Oliver and Boyd378 pp.

ARTÍ

CULO

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Figura 6.Variaciones

plurianuales devolumen de

sedimentos enla playa de Las

Canteras,Gran Canario

(tomado deAlonso et al.

2000).

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ARTÍ

CULO Bases para una valoración

de riesgo ambiental del derrame del Prestige

A. de la TorreDr. en Ciencias Biológicas

M. CarballoDr. en Ciencias Biológicas

M. J. MuñozDr. en Ciencias Biológicas

CISA-INIA

Labores delimpieza enCabo Touriñán,dificultadas porel fuerto viento,las condicionesdel mar y ladispersión delfuel.

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Consideraciones principales

El riesgo medioambiental im-plica la consideración de tresfactores que condicionan queexista riesgo y que son:

1. las características del agen-te que se introduce en elmedioambiente,

2. su capacidad por alcanzarun receptor biológico y

3. el daño que sea capaz deejercer en él.

Traducido al caso que nos ocu-pa, la consideración de estostres factores supone, que parapoder valorar el riesgo de unvertido que se ha producidoen el mar, deberemos conocer:La toxicidad de ese vertido, lamigración que experimentasegún las características delmedio, la exposición a la quevan a verse sometidos los or-ganismos y, como consecuen-cia, el efecto que produce encada uno de ellos.

El riesgo medioambiental asu-me que no puede producirsedaño en el medioambiente sino existe algún agente concapacidad de producirlo, si di-cho agente no tiene posibili-dad de exponerse a un recep-tor biológico y, por último, siconsiderando que existe dichaexposición, ésta no se traduceen un efecto.

En nuestro caso, y siguiendoeste esquema básico, si quere-mos conocer el riesgo ambien-tal del derrame de petróleoen el medio donde se ha verti-do, tenemos que conocer:

Esta valoración implica cono-cer los efectos o alteracio-nes, a corto, medio y largoplazo, que va a ocasionarese vertido, sobre los orga-nismos vivos y sus hábitats. Al valorar el riesgo ambien-tal del derrame, tratamos devalorar el grado de implica-ción que tiene una agresióncomo ésta, sobre los seresvivos que conforman el me-dio donde el derrame se haproducido. Además, el resul-tado debería de poder utili-zarse como mecanismo degestión ambiental. Usandoeste procedimiento intenta-mos, mediante un plantea-miento científico, ofreceruna información técnica quepuede utilizarse como puntode partida para actuacionesdiversas que tengan comoobjetivo paliar los efectosde la agresión.

This assessment implies toknow the effects of the oilspill on the organisms andtheir habitat in short tolong periods. When assess-ing the environmental riskof the spill, we try to eva-luate the degree of implica-tion of an aggression likethis on the alive beingsthat conform the environ-ment where the spill tookplace. Likewise, the resultshould be able to be usedas a mechanism of envi-ronmental management.Using this procedure weattempt, by means of ascientific position, to offertechnical information thatcan be used as a startingpoint for diverse perfor-mances which objective isto palliate the effects ofthe aggression.

52

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• La composición del vertido,para lo cual deberá hacerseuna caracterización químicade la mezcla.

• Las características del verti-do, fundamentalmente latoxicidad del vertido, paralo cual se aconseja, en prin-cipio, realizar una valora-ción mediante una búsque-da e interpretación de infor-mación toxicológica proce-dente de los bancos de da-tos actualmente disponibles.

• La migración o transporteque experimentan los com-ponentes del petróleo, deacuerdo no sólo a sus pro-piedades físico-químicas si-no también a las condicio-nes del medio. Para ello,buscaremos entre las pro-piedades físico-químicas delos compuestos, aquellasque van a condicionar subiodisponibilidad comoson: el coeficiente de solu-bilidad, el de lipofilia, supeso molecular, etc. Necesi-taremos saber cuales sonlas condiciones del medioque van a aumentar o dis-minuir esa biodisponibili-dad como p.e.: presencia demateria particulada, en sus-pensión o sedimentable, laintensidad lumínica, la tem-peratura en la columna deagua, etc.

• El daño que va a producir lamezcla o sus componentes,en los niveles de organiza-ción del ecosistema. Esto sedebe de traducir en la valo-ración de los efectos sobrelos individuos, las poblacio-nes, comunidades, sus rela-ciones y sobre la estructuray función del ecosistema.

A la vista de la informaciónque se necesita para valoraradecuadamente el riesgo deeste derrame, está claro queeste trabajo puede llegar aser tan exhaustivo que re-quiera más tiempo del que sedispone para una toma dedecisiones sobre aspectos tanimportantes como por ejem-plo: conocer la gravedad delproblema, conocer las impli-

caciones sanitario-ambienta-les, las implicaciones ecológi-cas y el futuro de los recursospesqueros, entre otros. Portanto, un abordaje coherentecon la gravedad de una situa-ción como ésta, que requieretomar conciencia cuanto an-tes, debe de considerar unabordaje que, teniendo encuenta todo lo que hemos co-mentado, seleccione aspectosque puedan suministrar unainformación del daño a cortoplazo, medio plazo y largoplazo. Veamos que es lo quese debería hacer inicialmente,asumiendo desde el principiolos factores que condicionancualquier situación de riesgo.Estos son:

1. Estado del medio ambiente.2. Receptores biológicos po-

tenciales.3. Características del vertido.4. Dinámica del vertido: Com-

portamiento y transporte .5. Vías de exposición de los

receptores a los agentestóxicos.

6. Mecanismos de toxicidadde los agentes tóxicos en elreceptor.

7. Parámetros de expresión delefecto adverso en el receptor.

Resaltamos a continuación al-gunos de estos factores:

Sobre las características delvertido

La caracterización química dela muestra obtenida mediantehomogenización de los tan-ques del buque y procesadapor el CSIC (Instituto de In-vestigaciones Químicas yAmbientales de Barcelona),puede servir de punto de par-tida para conocer los compo-nentes del fuel. A este respec-to destacamos que los porcen-tajes de aparición de com-puestos son los siguientes:

• Hidrocarburos saturados:19 %

• Hidrocarburos aromáticos:46,4 %

• Resinas y asfaltenos: 34,7 %

De la caracterización analíticadel vertido del Prestige, seobserva que la fracción de hi-drocarburos aromáticos es lafracción mayoritaria. En estegrupo destacan los denomi-nados hidrocarburos aromáti-cos policíclicos (PAHs), muchosde los cuales son relevantesdesde el punto de vista am-biental ya que sus característi-cas de toxicidad, persistenciay bioacumulación, hacen querepresenten un riesgo biológi-co para los organismos quepuedan verse expuestos.

Este grupo comprende unagran cantidad de compuestoscuya molécula está constitui-da por anillos de benceno y suvariabilidad estructural se re-fiere al número de anillos y asu disposición. Desde el puntode vista ecotoxicológico pare-ce ser que los que resultan re-levantes son aquellos que pre-sentan entre dos a cinco ani-llos, estando incluidos 16 deellos en la Lista de Compues-tos Prioritarios de la Agenciade Protección AmbientalAmericana (US.EPA, 1984),de la Organización Mundialde la Salud (WHO) y de laUnión Europea (Diario Oficialde las Comunidades Europeas,2001), precisamente por sus ca-racterísticas de peligrosidad.

AguiñoUn grupo demariscadores

de Aguiñorecogen fuel

en la zona deSagres.

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PERSISTENCIA

• La persistencia es el factor que define la velocidad de degradación de un compuesto en el medio ypor tanto la probabilidad que exista mayor o menor exposición a los seres vivos y que produzcanmás o menos daño.

• La degradación se puede producir por factores abióticos (hidrólisis, fotolisis, etc.) o bióticos (degra-dación microbiana en aerobiosis y/o anaerobiosis).

• La biodegradación aerobia descrita para varios compuestos requiere la aclimatación previa de losmicroorganismos del medio a estos compuestos. Ante un vertido accidental esta situación no ocurrede forma inmediata, por lo que no se ve favorecida la degradación de estos compuestos.

BIOACUMULACIÓN

• Se produce la acumulación de un compuesto en los tejidos de un organismo cuando la ingestión esmás rápida que la suma de degradación y de eliminación. La facilidad de acumulación de una sus-tancia en un organismo viene definida por el potencial de bioconcentración (BCF).

• Las características estructurales importantes que presentan estos compuestos y que determinan labioacumulación son:

* Estructuras aromáticas sustituidas en los dobles enlaces

* Lipofilia mediana a alta (2,7 < log Pow <6)

* Solubilidad en agua baja (<1 mg/l)

* Peso molecular de mediano a alto (de 100 a 500)

* Diámetro de la molécula no demasiado alto (Limite 9,5 A)

* Baja degradabilidad

• El BCF solo considera la exposición vía agua y se basa en ensayos de laboratorio. Expresa la relaciónque se establece entre la concentración en tejido y la encontrada en agua. Se expresa en unidadesde mL por gramo de peso corporal.

• El factor de bioconcentracion indicará cuantas veces una sustancia se acumula en un organismo vivo,respecto al medio en el que se encuentra. Cuando el valor de BCF es de 102 se considera de impor-tancia. El factor de bioconcentración para los PAHs considerados, se ha descrito entre 103 y 104, esdecir, presentan una capacidad media alta de bioacumularse. Los compuestos con mayor BCF, son losque presentan mayor lipofilicidad y menor hidrosolubilidad.

• Adicionalmente a esta capacidad de bioacumularse hay que considerar que ciertos PAHs se puedenmetabolizar, aunque no todas las especies presentan esta capacidad. Esta se ha descrito en algunosinvertebrados, como ciertos poliquetos, y en algunos vertebrados, como peces y aves. Los sistemasenzimáticos hepáticos, sistema de oxigenasas de función mixta, citocromos P450, son las enzimasque juegan un papel decisivo en la oxidación de éstas y otras sustancias xenobióticas. La eficacia dela actuación de estos enzimas es mayor para los compuestos de cadena larga.

BIOMAGNIFICACIÓN

• Este termino describe la amplificación que toma un contaminante por vía alimenticia respecto a supresa y representa la transferencia de contaminante de un nivel a otro, en la cadena trófica.

Tabla 1. Algunas características relevantes que influyen en la dinámica de los compuestos en el medio.

lada. Coeficientes Koc mayoresde 104 están presentes en todoslos PAHs. Así pues, la posibilidadde que se incorporen a la mate-ria orgánica, que es alimentobásico de los organismos quesustentan el medio marino, ycon ello que pasen a formarparte de la red alimenticia, serámuy grande. Además, habráque contar con que su factor debioconcentracción (BCF) es tam-bién elevado. Si nos fijamos enlos BCFs de los PAHs, por reglageneral superiores a 100, habráque considerar que el potencialde bioacumularse en organis-mos vivos es muy alto.

A largo plazo, estos compues-tos podrán acumularse progre-sivamente en la cadena trófica.Así, los predadores son los quepresentarán mayor concentra-ción Por ello no es raro encon-trar determinados PAHs en la

Otras características generalesde estos compuestos se refie-ren a su baja solubilidad enagua y presión de vapor, y asu fuerte afinidad para adsor-berse a las superficies. Sin em-bargo, existen diferencias en-tre unos y otros compuestos,si bien se puede observar cier-tas tendencias; por ejemplo:

• A mayor peso molecular delcompuesto, menor es la solu-bilidad en agua, o viceversa.Es decir, compuestos como elnaftaleno o acenafteno, conbajos p.m., bien podrían en-contrarse en agua en con-centraciones tóxicas. Molécu-las con estructuras linealestales como el naftaleno y an-traceno, son menos solublesque los que disponen de es-tructuras angulares como elcriseno o fenantreno.

• Las moléculas aromáticas consustitución alkil, disponen debaja solubilidad en agua.

Dinámica de los compuestosa partir del derrame

Cuando se produce un derra-me, los PAHs del petróleo ten-drán una dinámica variable.Aquellos que dispongan de unCoeficiente de Henry por enci-ma de 1 x 10 –4 (p.e. naftaleno,pireno) tendrán más tendenciaa volatilizarse, y permanecerán,por tanto, menos tiempo en lasuperficie. Aquellos que seanmás sensibles a la fotolisis comoel fenantreno y fluoranteno, sedegradarán más rápidamentesi se encuentran en la superficiepor algún tiempo. Los PAHscon mayor solubilidad se incor-porarán a la columna de aguay, podrán ser absorbidos por losorganismo del medio depen-diendo, entre otros factores, desu p.m., su tamaño molecular,etc. p.e. el naftaleno con unp.m. de 128,19 gramos presen-ta una solubilidad de 31 mg/L.

Sin embargo, como hemos di-cho, estos compuestos presen-tan, en general, una gran capa-cidad para adsorberse a las su-perficies de la materia particu-

grasa (blubber) de mamíferosmarinos. Así, se han detectadomayores niveles en animales cu-ya alimentación se basa en pe-ces y cefalópodos, que en losque se alimentan exclusivamen-te de macroplancton, los cualesse verán involucrados sólo anteepisodios que se produzcan encorto periodo de tiempo. Estoscompuestos serán fundamen-talmente los de bajo peso mo-lecular y cadena corta (2-4 ani-llos), como naftaleno, acenafte-no, fluoranteno y fenantreno,por su mayor biodisponibilidad,su capacidad de bioacumula-ción y su escasa degradación.

Por otra parte, los compuestosmás pesados que son menos so-lubles, van a poder sedimentar-se, y en su movilidad a través dela columna de agua, podránafectar a organismos pelágicosen la medida que sus caracterís-

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Dentro de este grupo está elnaftaleno, el compuesto más re-levante (CL50 24h crustáceos=6,5–15 mg/L; CL50 96h pe-ces=6,08 mg/L).

La toxicidad aguda puede incre-mentarse en los compuestosque tienen hasta 4-5 anillos. Así,el benzo(a)antraceno presentauna CL50 96h para Daphnia pu-lex de 0,01 mg/l –es decir, esmuy tóxico– sin embargo, su ba-ja solubilidad y gran absorciónhace improbable que puedanalcanzar en el agua estas con-centraciones agudas, menoscuando hay derrames de petró-leo. La toxicidad aguda dismi-nuye en los compuestos conmás de 5 anillos.

No hay que descartar las siner-gias que se pueden establecerentre los distintos componentesde un crudo determinado, quepueden incrementar su toxici-dad aguda. Así, la valoración dela fracción soluble de un crudo,rico en compuestos de bajo pe-so molecular, puede producirCL50 de 0,9 mg/l.

Toxicidad crónica. Toxicidad a largo plazoNo se conocen muy bien losefectos de cronicidad con res-pecto a la alteración del creci-miento, reproducción, supervi-vencia, etc. que marcan los efec-tos a largo plazo. Sin embargo,la mayor preocupación de estoscompuestos se refiere a su po-tencial cancerígeno, en generalfavorecido con las estructurasde 4, 5 y 6 anillos, y con estruc-turas angulares. Destaca, entreellos el benzo(a)pireno. Es bienconocido el potencial neoplási-co favorecido por estos com-

ticas lo permitan (Koc, Kow,p m., etc.), pero también se de-positarán en el fondo, forman-do manchas más o menos con-sistentes, las cuales, dependien-do de su tamaño, podrán sermás o menos inertes o, por elcontrario, podrán incorporarsea los organismos bentónicos. Lamedida por la cual puedan per-manecer como reservorio en elfondo durante años o décadas,va a depender de las condicio-nes del medio a esa profundi-dad, que serán las que mar-quen la baja o alta biodisponi-bilidad para los organismos delnivel trófico detritívoro y engeneral para los organismosbentónicos. La biodegradación–si se produce- es muy lenta enlos sedimentos, debido a lascondiciones anóxicas que rigenen estas profundidades. Perosiempre habrá que tener encuenta que los compuestos de-positados pueden ser moviliza-dos de nuevo a la columna deagua, cuando un cambio decondiciones lo favorezcan. Losorganismos acuáticos, cuyo ci-clo vital, o parte de él, esté enrelación con los sedimentos,son los que tendrán una posibi-lidad de exposición mayor a es-tos compuestos por diferentesrutas, como, p.e., por contactodirecto con el sedimento, respi-ración del agua intersticial, in-gestión de sedimento, alimen-tación de invertebrados conta-minados, etc.

Todas estas consideracioneshabría que hacerlas tambiénextensibles al hábitat costero,donde el vertido llega en su-cesivos episodios.

Toxicidad

Toxicidad aguda

La toxicidad aguda de los hi-drocarburos está en relación ala riqueza que presenta encomponentes de bajo peso mo-lecular. Esta peligrosidad se de-be a que estos compuestos sonlos que presentan las CL50 me-nores, mayor solubilidad, me-nor lipofilia y menor adsorción.

puestos. Sin embargo, otrosefectos a largo plazo a tener encuenta son su potencial inmu-notóxico, que daña el sistemainmune, o la respuesta de losorganismos (peces y mamíferos)frente a agentes patógenos, ysu potencial como disruptoresendocrinos. Así, se considerancon actividad anti-estrogénica:el acenafteno, benzo(a)antrace-no, benzo(a)pireno y dibenzo(a,h) antraceno. Otros dismunu-yen los niveles de hormonas se-xuales en sangre (testosterona yestradiol) y también puedenafectar a la viabilidad del esper-ma y reducir el numero de hue-vos. Muchos de estos compues-tos son genotóxicos (efectoscancerígenos y mutagénicos)(NRCC, 1983).

Valoración de riesgo

A la vista de esta información,sabemos que el riesgo a cortoplazo, está asociado funda-mentalmente a la fracción hi-drosoluble del vertido, por suinmediata biodisponibilidadpara los organismos del me-dio. Si queremos realizar unacuantificación de este riesgo,podemos emplear los esque-mas tradicionales de valora-ción de riesgo ecológico de laUnión Europea, que están ba-sados en la comparación de laconcentración del contami-nante en el medio (PEC), conla concentración "umbral"que se considera segura paralos organismos vivos (PNEC).La primera podemos estimarlaa partir de los datos de moni-torización disponibles, mien-tras que la segunda puede serderivada de los datos de eco-toxicidad.

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SabónPequeñas bolitas

de fuel seconfunden entre

las algas.

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ARTÍ

CULO bastante escasos. Además,

actualmente existen dife-rentes opiniones sobre có-mo derivar la PNEC a partirde estos datos.

• Los datos de toxicidad enmamíferos marinos son prác-ticamente inexistentes. Suextrapolación a partir de en-sayos de laboratorio en ver-tebrados requiere una revi-sión y estudio previos debidoa las grandes diferencias fi-siológicas y de otra índole,existentes entre ellos.

Como conclusión a los déficitsplanteados, la Unión Europeaseñala la gran necesidad de ge-nerar información y desarrollary validar métodos y modeloscientíficos aplicables a las ca-suísticas especiales del mediomarino. Así mismo, recomiendaque este desarrollo consideredos escenarios característicos:

• un medio costero, donde pri-me la valoración de tres nive-les tróficos (algas, invertebra-dos y peces) expuestos a tra-vés de agua y sedimento;

• y el mar abierto, donde elefecto de dilución es aúnmayor, por lo que la valora-ción de riesgo debe estarbasada en la vía de exposi-ción más representativa: elriesgo para grandes preda-dores a través del alimento.

Aunque la realidad, hoy porhoy, es que la valoración deriesgo marino no puede seraplicada como una herramien-ta de gestión, es nuestra obli-gación plantearnos cuáles sonlos déficits existes y qué infor-mación deberíamos obtener

Sin embargo, el abordaje de lavaloración de riesgo a medio ylargo plazo es bastante máscomplicado, debido fundamen-talmente a la falta de informa-ción existente. El Comité Cien-tífico de la UE identifica a esterespecto, los siguientes puntoscríticos (CSTEE, 2002):

• Los datos de biodegradacióny persistencia, necesarios parael cálculo de las PEC en el me-dio, responden a una realidadmás próxima al medio dulcea-cuícola, puesto que se handesarrollado en experimentosde laboratorio que contem-plaban ese medio. Ante la ne-cesidad de disponer de estosdatos, deberían revisarse yadaptarse los protocolos deensayo a las condiciones espe-cíficas de aguas salobres, co-mo por ejemplo las especiesde microorganismos que in-tervienen en el proceso dedegradación o las cinéticas dedegradación marinas. Ade-más, la estimación de la con-centración del contaminanteen el medio (PEC) sólo tieneen cuenta la concentracióndel contaminante disuelto enla columna de agua, pero nola fracción presente en el se-dimento o la asociada a lamateria particulada. Para queesta valoración fuera realistadebería considerar los dife-rentes compartimentos delmedio marino y desarrollarmodelos específicos para pre-decir el transporte e inter-cambio de concentración delos contaminantes.

• Los datos de bioacumulacióny biomagnificación, necesa-rios para estimar la PEC poralimento, no son suficiente-mente representativos. Antela necesidad de disponer deestos datos, deberían consi-derarse más niveles tróficos,hasta 4, e incluir niveles orga-nizativos inferiores (inverte-brados), dada la gran rele-vancia que esta vía de exposi-ción representa para losgrandes predadores.

• Los datos de ecotoxicidaden organismos marinos son

del suceso sufrido, para imple-mentarlos. Esta información serefiere fundamentalmente a:

• Conocer la degradación, ad-sorción y bioacumulaciónreal de estos contaminantesen el medio marino.

• Conocer la dinámica de loscontaminantes, es decir, lastasas de transporte desde lazona de vertido a la costa,así como la capacidad de re-circulación del contaminan-te entre la columna de aguay el sedimento marino omateria en suspensión, tan-to en la zona litoral comoen mar abierto.

• Conocer los efectos agudos ycrónicos del vertido, utilizan-do especies representativasdel medio de estudio paralos distintos niveles tróficos.

Conclusiones

Por ello, el abordaje que debe-ríamos plantearnos después deestas consideraciones debería irencaminado hacia la realizaciónde un buen estudio de control yseguimiento, haciendo hincapiéen las peculiaridades de nues-tros hábitats, y en los procesosespecíficos de arrastre, trans-porte, sedimentación y transfor-mación de contaminantes, enespecial los producidos por lassituaciones específicas que hanrodeado el episodio que trata-mos y que se refiere a la "co-rriente de navidad". También sedeberá de tener en cuenta la di-versidad y singularidad ecológi-ca de nuestros hábitat y, en es-pecial, la trascendencia en lasespecies de pesquerías.

La base de un abordaje quesirviera para cumplir el obje-tivo principal del estudio: lavaloración ambiental delvertido del prestige, deberíaconstituirse a través de unareflexión sobre la selecciónde los parámetros a estudiar,tanto bióticos como abióti-cos, representativos del me-dio de estudio y capaces deresponder a los interrogan-tes que hemos planteado.

DIARIO OFICIAL DE LAS

COMUNIDADES EUROPEAS,2001

• Naftaleno• Fluoranteno• Benzo-a-pireno• Benzo-b-fluoranteno• Benzo-g,h,i-perileno• Benzo-k-fluoroanteno• Pindeno-1,2,3,cd-pireno

Tabla 2. PAHs incluidos en la lista desustancias prioritarias de la UE.

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La evaluación de riesgosambientales

Eduardo de MiguelDr. Ingeniero de MinasProfesor TitularGrupo de GeoquímicaAmbiental

E.T.S.I. de Minas de Madrid

Identificación

de peligros

Evaluación de

la exposición

Evaluación

toxicológica

Caracterización

del riesgo

Factor de potencia

Dosis de ReferenciaConcentraciones

Dosis

Riesgo para el individuo

Concentraciones objetivo

Identificación

de peligros

Evaluación de

la exposición

Evaluación

toxicológica

Caracterización

del riesgo

Factor de potencia

Dosis de ReferenciaConcentraciones

Dosis

Riesgo para el individuo

Concentraciones objetivo

Figura 1.Etapas de laevaluación deriesgosambientales yproductos decada una deellas.

aparición específicas y puntua-les (indicios superficiales, comopantanos de asfalto), sus con-centraciones en el medio natu-ral no alterado son muy bajas oinexistentes.

El segundo enfoque, centradoen la promoción de efectos, lle-va aparejada la necesidad deanalizar el riesgo que para unreceptor supone una situaciónparticular o genérica de exposi-ción al elemento o sustancia tó-xica, así como de acordar cuán-do dicho riesgo se considerainadmisible. El examen científi-co y técnico de la naturaleza ymagnitud de este riesgo para laspersonas y otros receptores sedenomina Evaluación de Ries-gos Ambientales. En este con-texto, se acepta que la apariciónde riesgo implica el encadena-miento necesario de tres facto-res: la existencia de un elemen-to o sustancia tóxica ("peligro"),la presencia de un receptor sen-sible a dicho peligro y la posibili-dad de migración del contami-nante hasta un punto de con-tacto con el receptor ("exposi-ción"). Cuando se cumplen laspremisas anteriores, el riesgoque una situación supone pue-de llegar a ser inaceptable, enfunción de la potencia tóxica dela sustancia dañina y de la mag-nitud de la exposición.

Esquema de la evaluaciónde riesgos para la saludhumana

La evaluación de riesgos parala salud humana persigue de-terminar la probabilidad deaparición de consecuenciasadversas para la salud humana(y las incertidumbres asociadasa las mismas) provocadas porla presencia de uno o varios

ARTÍ

CULO

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Se presenta una breve intro-ducción a la metodología deevaluación de riesgos am-bientales como instrumentode caracterización de empla-zamientos contaminados yde toma de decisiones en lagestión del riesgo. Se expo-nen, adicionalmente, la filo-sofía y los principios operati-vos de cada una de las fasesde una evaluación de riesgosambientales y se incluyen re-ferencias a los principalesdocumentos guía utilizadosen la actualidad.

A brief introduction to theprocess of environmentalrisk assessment, as a toolfor contaminated - s itecharacterization and riskmanagement, is hereinpresented. The generalidea and operational ap-proaches relevant to eachphase of an environmen-tal r isk assessment arediscussed, and the mainsources of informationpertaining to this topicare provided.

Introducción

El concepto de contaminaciónquímica implica que, para unasituación determinada, se pro-duce la superación de un nivelde concentración de un elemen-to o una sustancia. Este valor lí-mite suele establecerse, bien co-mo aquél por encima del cuallas concentraciones presentesno serían probables sin la con-tribución de actividades antró-picas (es decir, se supera signifi-cativamente el nivel de fondonatural de la zona), bien comoaquél del cual podrían derivarse

efectos negativos para la saludde las personas o para los eco-sistemas. El primer enfoque notiene aplicación para produc-tos sintéticos, que, exceptuan-do las concentraciones residua-les de productos persistentesacumulados en el medio natu-ral desde el comienzo de suproducción y utilización, noexisten en la naturaleza. Tam-poco se definen niveles de fon-do operativos para los conta-minantes orgánicos no sintéti-cos, fundamentalmente los hi-drocarburos del petróleo, debi-do a que, fuera de zonas de

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ARTÍ

CULO contaminantes en un empla-

zamiento. La metodologíade evaluación del riesgo pa-ra receptores humanos pue-de esquematizarse en cuatrofases: identificación de peli-gros (o formulación del pro-blema), evaluación toxicoló-gica, evaluación de la expo-sición y caracterización delriesgo (Figura 1).

La primera etapa consiste enla formulación del problema,en función de la naturaleza yalcance de la contaminaciónde los medios naturales y delas zonas potencialmenteafectadas. Se persigue identi-ficar el catálogo de sustanciastóxicas presentes en el empla-zamiento investigado, las po-blaciones que podrían verseexpuestas a las mismas, así co-mo la existencia de posiblesvías de migración de dichoscontaminantes desde la fuen-te hasta los puntos de exposi-ción para los receptores iden-tificados. La evaluación toxi-cológica tiene por objetivo ca-racterizar cuantitativamentela potencia tóxica de los con-taminantes hallados. Los pro-ductos finales de esta etapason valores numéricos ("fac-tor de pendiente" o "poten-cia cancerígena", para sustan-cias carcinogénicas, y "dosisde referencia", para contami-nantes no-cancerígenos) ob-tenidos a partir de datos epi-demiológicos y ensayos conorganismos, o, incluso, ensa-yos in vitro y relaciones es-

tructura-actividad. En paraleloa la etapa anterior, la evalua-ción de la exposición busca es-tablecer las dosis diarias de ex-posición para los receptorespotenciales a partir de la de-terminación, bien por medidasdirectas, bien mediante esti-maciones resultantes de un có-digo de simulación ("fate andtransport models"), de las con-centraciones de los contami-nantes en cada uno de los me-dios y para cada una de las ru-tas de exposición contempla-dos en el modelo conceptualplanteado para el emplaza-miento. Finalmente, la etapade caracterización del riesgoconsiste en la combinación dela información toxicológica re-ferente a los contaminantespresentes y de la informaciónrelativa a las dosis de exposi-ción de los receptores poten-cialmente afectados, para al-canzar una estimación cuanti-tativa del riesgo que supone lasituación analizada.

Si, una vez evaluada la incerti-dumbre asociada a la estima-ción numérica del riesgo, sedetermina que el nivel delmismo es inaceptable debenponerse en marcha herra-mientas de gestión del riesgoidentificado (eliminación de lafuente, aislamiento, inmovili-zación, tratamiento, etc.), lascuales toman en consideraciónla información proporcionadapor las distintas etapas de lametodología expuesta previa-mente. En particular, el cálculo

inverso al descrito para la fasede caracterización del riesgopermite determinar las "con-centraciones objetivo" quedeberían alcanzarse en unproceso de depuración parareducir los niveles de riesgohasta valores aceptables.

Identificación de peligros /formulación del problema

La primera fase de la evalua-ción del riesgo ambiental aco-mete la investigación de laspropiedades físico-químicas ytoxicológicas de los contami-nantes potencialmente pre-sentes en el emplazamiento yde las características físicas(climáticas, geológicas, hidro-geológicas, edafológicas, etc.)y de uso del terreno del mis-mo, así como de las activida-des humanas que tienen opueden tener lugar y de losgrupos de población poten-cialmente afectados, con es-pecial atención a aquellos fac-tores que puedan influir en laexposición y en la sensibilidada los agentes tóxicos. Los dosproductos más relevantes deesta etapa de la evaluacióndel riesgo son la relación decontaminantes de (potencial)interés (CO(P)Cs, Contami-nants of (Potential) Concern)y el modelo conceptual delemplazamiento (CSM, Con-ceptual Site Model).

La relación de contaminantesde (potencial) interés recogetodos aquellos agentes conta-

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Fuenteprimaria

Mecanismo desalida

Fuentesecundaria

Mecanismode salida

Medio/mecanismode transporte

Fuenteterciaria

Ruta deexposición

Receptorpotencial

ResidenteOff site

Ingestión�

� � � �

InhalaciónEscorrentíasuperficial

Aguassuperficiales

C. dérmico •

Ingestión •Inhalación •Precolación

lixiviaciónSuelos

Sub-superficialesLixiviación

Flujo de aguassubterráneas

Aguapotable ysanitaria C. dérmico •Vertido de

hidrocarburosen superficie Ingestión

� Inhalación •Volatilización Aire

C. dérmico

Ingestión� Inhalación •Resuspensión Aire

C. dérmico

Figura 2. Ejemplo deModelo Conceptualpara exposición enescenario residencialfuera de la zonafuente, constituidapor suelo superficialcontaminado porvertidos dehidrocarburos delpetróleo. Se suponeque elabastecimiento deagua potable ysanitaria se realizamediante un pozo decaptación de aguassubterráneas (∑ = vía deexposicióncompleta).

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de exposición sea completadebe incluir necesariamentelos siguientes elementos: unafuente de contaminante y unmecanismo de salida o libera-ción del mismo, un medio detransporte o de contacto, unpunto de exposición donde elreceptor pueda entrar en con-tacto con el medio contami-nado; y una ruta de exposi-ción (o ingesta). En caso deausencia de alguno de estoselementos, la vía se consideraincompleta y se descarta laposibilidad de riesgo para lamisma (para situaciones deexposición al contaminanteexclusivamente en la zonafuente - por ejemplo, trabaja-dores en el área contaminadao visitantes de la misma – elpunto de exposición coincidecon la localización de la fuen-te de contaminación y no seconsideran vías de migraciónen el modelo: exposición onsite).

Evaluación toxicológica

Una sustancia tóxica es aque-lla que es dañina para los or-ganismos vivos debido a susefectos perjudiciales sobre te-jidos, órganos o procesos bio-lógicos (Manahan, 1994). Es-tos efectos son función delgrado de exposición o dosisdel agente tóxico, y el dañoque eventualmente se pro-duzca dependerá, además, de

minantes que serán incluidosen las fases posteriores de laevaluación del riesgo (evalua-ción de la relación dosis res-puesta y de la exposición).Aunque los criterios específi-cos para la consideración ono de una sustancia comoCOPC varían de una agenciamedioambiental a otra, mu-chas de ellas coinciden en al-gunos principios generales:Las sustancias que, en el pro-ceso de adquisición de datos,se encuentran por debajo dellímite de detección de un mé-todo aprobado por las autori-dades correspondientes seconsideran ausentes del em-plazamiento y se excluyen,por tanto, del catálogo deCOPCs. Se incluyen todos loscompuestos que superan losniveles genéricos (estableci-dos a partir de criterios deriesgo), y se evalúan todas lassustancias clasificadas comoprobables cancerígenos enhumanos y aquellas para lasque no se ha establecido unumbral en cuanto a sus efec-tos sobre la salud humana.También se evalúan los com-puestos bioacumulables que,además, son persistentes y tó-xicos, así como los productosde degradación de sustanciasque pueden transformarse encompuestos tóxicos. Bajo de-terminadas consideraciones,los contaminantes que supe-ren sus valores de fondo na-turales pasan a formar partede la relación de contaminan-tes de potencial interés.

Un modelo conceptual delemplazamiento (CSM, Con-ceptual Site Model) es unarepresentación esquemáticade las áreas fuente del con-taminante, los mecanismosde liberación del mismo, losmedios de transporte, po-tenciales rutas de exposi-ción y receptores potencia-les (Figura 2). Sólo las vías deexposición que, según el mo-delo, sean completas seránposteriormente consideradasen el proceso de evaluacióndel riesgo. Para que una vía

la capacidad del organismoexpuesto para absorber (a tra-vés de la piel, el sistema respi-ratorio, el tracto gastrointesti-nal, etc.), distribuir, acumular,degradar y eliminar (en orina,heces y bilis, acompañando alsudor, la leche materna, etc.)la sustancia peligrosa.

La evaluación toxicológicaarranca desde la fase de iden-tificación de peligros, en lacual se pretende determinarla naturaleza de los posiblesefectos adversos en los recep-tores por exposición a losagentes químicos presentes, yprosigue con la evaluación dela "relación dosis-respuesta":la relación entre la magnitudde la exposición y el incre-mento de la probabilidad deaparición o de la seriedad delos efectos dañinos previamen-te especificados (Ontario Mi-nistry of Environment andEnergy, 1996; U.S. Environ-mental Protection Agency,1989b). Esta relación dosis-res-puesta se evalúa para cadauna de las tres rutas de expo-sición que se toman en consi-deración (ingestión oral, inha-lación y contacto dérmico) y, aefectos de su expresión numé-rica, las sustancias tóxicas sedividen en dos grandes cate-gorías: contaminantes cancerí-genos y contaminantes nocancerígenos (es importanteseñalar que una misma sus-

Figura 3.Distribución de

riesgos individualesresultante de una

EvaluaciónProbabilística del

Riesgo, en la cual lafrecuencia de laexposición se ha

caracterizadomediante una

distribucióntriangular, y la tasa

de ingestión y elpeso corporalmediante dosdistribuciones log-normales.

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CULO actualiza la base IRIS, Integra-

ted Risk Information System,(U.S. Environmental Protec-tion Agency, 2003), que sirvecomo primera referencia paralas evaluaciones de riesgosambientales en los EstadosUnidos. Información similar ocomplementaria puede con-sultarse en otros departa-mentos de la propia U.S. EPA,como las Health Effects As-sessment Summary Tables,HEAST, o en las bases de da-tos compiladas por otrasagencias, como la Agency forToxic Substances and DiseaseRegistry, ATSDR (Agency forToxic Substances and Dise-ase Registry, 2002).

Evaluación de la exposición

El propósito de esta fase de laevaluación de riesgos es esti-mar el tipo y magnitud de laexposición de receptores, ac-tuales o futuros, a los conta-minantes de interés, presen-tes en o migrando desde unemplazamiento (U.S. Environ-mental Protection Agency,1989a). La manera más co-mún de expresar la magnitudde la exposición es en formade dosis diaria, con unidadesde masa de contaminantecontactada (o absorbida, enel caso de exposición por con-tacto dérmico) por kilogramode peso corporal y día. Parala evaluación de la exposición

tancia puede provocar, tantorespuestas cancerígenas, co-mo no cancerígenas).

En el caso de las sustanciastóxicas no cancerígenas, seadmite que existe un rangode magnitudes de exposición,desde cero hasta un valorumbral, que puede ser tolera-do por el organismo sin quese manifieste significativa-mente el efecto tóxico. Paraestos elementos o compues-tos es posible, por tanto, esti-mar un nivel de exposicióndiaria, para cada ruta de ex-posición y generalmente pro-mediado a lo largo de una vi-da (dosis crónica), por debajodel cual se asume que noexiste riesgo para la salud hu-mana. A esta dosis de exposi-ción se le denomina "dosis dereferencia" (RfD, ReferenceDose).

Para los agentes canceríge-nos, al contrario de lo ex-puesto anteriormente, seconsidera que no existe un ni-vel de exposición que no lleveaparejada una probabilidadfinita, por pequeña que sea,de desarrollar una respuestacancerígena. En este caso, laexpresión de la potencia tóxi-ca del contaminante se reali-za a través del "factor dependiente" (SF, Slope Factor)o "potencia de cáncer", queindica el incremento en laprobabilidad de desarrollarun cáncer, a lo largo de unavida, por exposición crónica auna dosis unitaria del conta-minante. Consecuentemente,la probabilidad de un recep-tor de desarrollar un cáncer alo largo de su vida, se calculacomo el producto del factorde pendiente y la dosis diariade exposición crónica.

La información toxicológicarelevante para la evaluaciónde riesgos ambientales se en-cuentra recogida en diferen-tes bases de datos de libre ac-ceso. La Agencia de Protec-ción Ambiental Estadouni-dense, U.S. EPA, mantiene y

se toman en consideracióntres rutas de exposición: inha-lación (de vapores y partícu-las en suspensión), ingestión(de suelo y polvo, de aguapotable, de alimentos) y con-tacto dérmico (con el suelo ycon agua durante el baño).

La evaluación de la exposi-ción se lleva a cabo para cadaagente tóxico y por cada víade exposición completa, y re-quiere recopilar y combinarinformación acerca de dos ti-pos de variables de exposi-ción independientes: En pri-mer lugar, es necesario deter-minar o estimar las concen-traciones de las sustancias tó-xicas en los distintos medios(aire, agua, suelo, alimentos,etc.) con los que puede entraren contacto el receptor en elpunto de exposición. En se-gundo lugar, se han de carac-terizar aquellas variables quedescriben a las poblacionesexpuestas y que permiten cal-cular las dosis de exposición,conocidas las concentracionesen los distintos medios: tasade contacto con el agente tó-xico, frecuencia y duración dela exposición, peso corporal ytiempo de promedio. La fór-mula genérica de cálculo delas dosis diarias de exposicióntoma la siguiente forma:

C ↔ CR ↔ EF ↔ EDI = ––––––––––––––––––

BW AT

MurosSilueta de una

ave marina en lacosta.

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estimarse a partir de los resul-tados de modelos: de destinoy transporte ("fate and trans-port models"), de bioconcen-tración y bioacumulación (pa-ra riesgos ecológicos), de ex-posición en el hogar (modelode Ettinger-Johnson), etc.Cuando la concentración enel punto de exposición se es-tablece tras la realización deuna campaña de medidas, eltérmino numérico que se em-plea en la formula de cálculode la ingesta es el límite su-perior del intervalo de con-fianza en torno a la mediapara un nivel de confianzadel 95%, en el supuesto deque constituye una estima-ción de la exposición más ele-vada que se puede esperarque razonablemente aparez-ca en dicho lugar (RME, Rea-sonable Maximum Exposure).Si la serie de datos de concen-tración es corta, puede ocu-rrir que el límite de confianzamencionado resulte superioral valor máximo de dicha se-rie; en este caso, la U.S. EPA,recomienda emplear comoRME, en la ecuación de cálcu-lo de la ingesta diaria, el va-lor máximo de la serie.

Los valores que toman las va-riables de la población, espe-cialmente la tasa de contactoy la frecuencia y duración dela exposición, son fuertemen-te dependientes del uso pre-

donde:I: Ingesta – cantidad de con-

taminante en la fronterade intercambio con el or-ganismo (mg kg-1 pesocorporal día-1).

C: Concentración de conta-minante – promedio deconcentración contactadodurante el período de ex-posición (mgkKg-1, mg L-1,etc.).

EF: Frecuencia de la exposi-ción (días año-1).ED: Duración de la expo-sición (años).

BW: Peso corporal (kg) – pesocorporal medio duranteel período de exposición.

AT: Tiempo de promedio –período sobre el cual sepromedia la exposición(días). Para contaminan-tes no cancerígenos, seconsidera, por defecto,que AT = 365 x ED; paracontaminantes cancerí-genos, el tiempo de pro-medio se considera quees una vida completa (70años, por defecto), es de-cir, AT = 365 x 70 =25.550 días.

El término de concentraciónpuede determinarse median-te medidas directas en elpunto de exposición o, en ca-so de no ser éstas posibles o -más comúnmente - de perse-guirse la caracterización deuna exposición futura, puede

sente o previsto del terreno.A efectos del establecimientode valores de exposición pordefecto, se suelen considerarlos siguientes tipos de uso po-sible del terreno: residencial,agrícola, industrial y comer-cial (los dos últimos son, enocasiones, agrupados en unaúnica categoría). Con los es-cenarios de exposición gené-ricos establecidos para dichosusos del terreno, pueden es-tablecerse niveles (concentra-ciones) genéricos de referen-cia, fundamentados en crite-rios de riesgo para la salud dereceptores humanos o ecoló-gicos (en contraposición a losestablecidos a partir de valo-res de fondo naturales), quesirvan como guía para la in-vestigación preliminar de em-plazamientos potencialmentecontaminados (U.S. Environ-mental Protection Agency,1991; Canadian Council ofMinisters of the Environ-ment, 1999).

Por último, las característicasde las variables que intervie-nen en la evaluación de la ex-posición y los modelos que seemplean en la misma difierensegún dicha exposición tengalugar directamente a la fuen-te de contaminante (exposi-ción on site) o, tras un proce-so de transporte, en un puntode exposición distante de lamisma (exposición off site), ysegún la exposición se pro-duzca dentro del hogar (in-door exposure) o fuera delmismo (outdoor exposure).

Caracterización del riesgo

La etapa final de la evalua-ción del riesgo ambientalconsiste en la caracterizacióncualitativa y cuantitativa delmismo a partir de la integra-ción de la información apor-tada por las etapas de evalua-ción toxicológica y de la ex-posición. Esta integración di-fiere según el contaminanteinvestigado sea cancerígenoo no y, como primera aproxi-mación, se lleva a cabo inde-

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Algunas manchasson de difícil

limpieza al serarrastradas por la

marea haciacalas de

complicadoacceso.

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CULO mo, evaluada mediante el

factor de pendiente (descritoen un apartado anterior). Pa-ra niveles de riesgo bajos (pordebajo de 0.01) la ecuaciónde cálculo del riesgo cancerí-geno es:

Risk = CDI ↔ SF

donde:Risk: Probabilidad de desa-

rrollar un cáncer a lolargo de una vida.

CDI: Dosis diaria de exposi-ción crónica (mg kg-1

peso corporal día-1).SF: Factor de Pendiente

(mg kg-1 peso corporaldía-1)-1.

El riesgo resultante de la ex-posición a un agente cancerí-geno se considera inacepta-ble si el producto (I x SF) su-pera un nivel subjetivo, gene-ralmente establecido entre10-4 y 10-6 (es frecuente em-plear 10-6 como referenciapara exposiciones a un únicocompuesto, y 10-5 para el ries-go conjunto correspondientea más de una sustancia).

Para los contaminantes can-cerígenos, los valores de ex-posición empleados en la fór-mula anterior se promediansiempre a lo largo de una vi-da completa. En el caso desustancias tóxicas no cancerí-genas, sin embargo, las expo-siciones inferiores a una vidano deben convertirse a expo-siciones crónicas para poderser comparadas con valores

pendientemente para cadasustancia tóxica y para cadavía de exposición.

El riesgo para la salud que su-pone la exposición a una sus-tancia no cancerígena se ca-racteriza cuantitativamentemediante el Índice de Peligro(HI, Hazard Index), en el quese compara el nivel de exposi-ción al contaminante y la Do-sis de Referencia para la rutade exposición y el período deexposición correspondientes:

EHI = ––––––

RfD

donde:E: Nivel de exposición (mg

kg-1 peso corporal día-1).RfD: Dosis de Referencia (mg

kg-1 peso corporal día-1).

Se considera que existe unriesgo inaceptable para la sa-lud por exposición a un con-taminante no cancerígenocuando el Índice de Peligrosupera la unidad. La magni-tud del riesgo es tanto mayorcuanto mayor sea el valor nu-mérico de este cociente.

El riesgo para la salud que su-pone la exposición a una sus-tancia cancerígena se caracte-riza cuantitativamente comola probabilidad incrementalde desarrollar un cáncer a lolargo de una vida, que resultade combinar la exposición alagente cancerígeno, prome-diada para una vida, y la po-tencia cancerígena del mis-

de toxicidad crónica, sino quehan de ser confrontadas conla información toxicológicacorrespondiente (sub-crónica,aguda, etc.) (U.S. Environ-mental Protection Agency,1989c).

Aunque existen numerosasconsideraciones que debentenerse en cuenta a la horade aplicarse, se acepta el prin-cipio general de la aditividadde riesgos individuales (U.S.Environmental ProtectionAgency, 1986 a y b), tanto pa-ra compuestos individuales(en el caso de mezclas) poruna vía común de exposición,como para el riesgo conjuntopor varías vías de exposición.

Por último, si en esta fase decaracterización del riesgo seconcluye que el valor del mis-mo es superior a los nivelesestablecidos como admisibles,pueden determinarse, me-diante un cálculo inverso conlas expresiones del Índice dePeligro y del Riesgo cancerí-geno, las concentraciones decontaminante ("concentracio-nes objetivo") hasta las quehabría que descender (en unaoperación de descontamina-ción) para alcanzar los límitesacordados como aceptables.

Evaluación probabilística delriesgo

La evaluación de riesgos am-bientales suele llevarse a ca-bo a partir de estimacionespuntuales de las variablesque intervienen en el cálculode la ingesta (PERA, Point Es-tímate Risk Assessment). Elvalor puntual que se asigna aestas variables pretende re-flejar la exposición máximarazonable que cabe esperaren el punto de exposición. Eltérmino de concentración esespecífico de cada emplaza-miento y, como se ha expues-to previamente, la manera dereflejar en el mismo la exposi-ción máxima razonable, cuan-do se ha determinado a partirde medidas directas en el

Voluntariosvenidos detoda Españalimpian elpetróleo en lasrocas de "A Pedriña", enla costa deMuxía.

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HI = 1 o Risk = 10-5). Dadas lasenormes implicaciones econó-micas, en el caso de decidirseadoptar acciones correctoras,(o potencialmente) para la sa-lud humana, en caso de to-mar la decisión contraria, se-ría deseable contar con unamedida de la fiabilidad de losresultados de una evaluacióndel riesgo, si el valor obteni-do para el mismo es, porejemplo, HI = 0.97 o Risk =1.2 x 10-5.

La alternativa para solventareste inconveniente es la eva-luación probabilística del ries-go (PRA, Probabilistic Risk As-sessment), en la cual una omás de las variables que in-tervienen en el cálculo delriesgo quedan definidas me-diante distribuciones de pro-babilidad, con el fin de carac-terizar la variabilidad o la in-certidumbre de las estimacio-nes del riesgo. En la evalua-ción probabilística del riesgo,las variables que intervienenen la fórmula de la exposi-ción se muestrean repetida-mente mediante algoritmoscomo el método de MonteCarlo o el Hipercubo Latino,de manera que el productofinal de la fase de caracteriza-ción del riesgo es una distri-bución de resultados de ries-go individuales (Figura 3). Es-te enfoque permite realizaranálisis de sensibilidad paradeterminar qué variable(s) enun modelo de riesgo influen-cia(n) más fuertemente el re-

punto de exposición, es me-diante el límite superior delintervalo de confianza en tor-no a la media de dichas de-terminaciones para un nivelde confianza del 95%. Paralas variables que caracterizanla población, se puede traba-jar con los resultados de en-cuestas específicas en el em-plazamiento (y calcular valo-res máximos o percentiles ele-vados de las distribucionesobtenidas) o se pueden em-plear directamente los valo-res correspondientes a la ex-posición máxima razonablecalculados por agencias guber-namentales a partir de estadís-ticas nacionales. La Tabla 1presenta algunos valores pordefecto sugeridos por laAgencia de MedioambienteNorteamericana para un esce-nario de exposición residen-cial (U.S. Environmental Pro-tection Agency, 1997).

Sin embargo este procedi-miento no permite evaluar deforma estricta la variabilidady la incertidumbre de los re-sultados obtenidos en la ca-racterización del riesgo. Porvariabilidad se entiende laheterogeneidad o diversidadintrínseca de la población ba-jo estudio y es, por tanto, unapropiedad inherente a dichapoblación que no puede eli-minarse ni reducirse. Por elcontrario, el concepto de in-certidumbre alude a la faltade fiabilidad de las estimacio-nes de las variables que inter-vienen en el modelo o de laestructura del modelo en sí, ypuede disminuir si se empleamás o mejor información. Eldesconocimiento de la incer-tidumbre asociada a los valo-res de riesgo determinadospara un emplazamiento (y alos parámetros que intervie-nen en su fórmula de cálcu-lo), supone un grave proble-ma a la hora de decidir si seacometen o no medidas demitigación del riesgo cuandolos valores del mismo estánpróximos al límite legal co-rrespondiente (por ejemplo,

sultado final. En caso de ob-tenerse valores de riesgo cer-canos a los límites que impli-can actuaciones correctoras,un análisis de sensibilidadpermite identificar la(s) varia-bles(s) sobre las que debe re-cogerse más y mejor informa-ción, a fin de disminuir su in-certidumbre y, consecuente-mente, la incertidumbre de laestimación del riesgo.

Las distribuciones de probabi-lidad que se utilizan en la fór-mula de cálculo del riesgopueden determinarse a partirde los datos obtenidos en unmuestreo específico para elemplazamiento de interés, apartir de los datos contenidosen estadísticas regionales, na-cionales, etc., o puede recu-rrirse a distribuciones de pro-babilidad previamente carac-terizadas en otras investiga-ciones similares y disponiblesen la literatura científica. Unavez introducidas dichas distri-buciones en la fórmula decálculo del riesgo, el resulta-do final es, a su vez, una dis-tribución de valores de riesgocuya interpretación se realizamediante juicio experto. Co-mo norma general, las deci-siones administrativas se fun-damentan sobre el análisis dela cola superior de la distribu-ción de riesgos, y se utiliza,comúnmente, el percentil 95de tal distribución como pun-to de partida del proceso decomparación con los valoreslímites legales.

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CULO

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Variable RME

Tasa ingestión agua potable 2 L día-1

Tasa ingestión suelo - adulto 100 mg día-1

- infantil 200 mg día-1

Tasa inhalación– adultos (interior) 15 m3 día-1

Frecuencia exposición (residencial) 350 días años-1

Duración exposición (residencial), ED 30 años

(6 niño + 24 adulto)

Peso corporal - adulto 70 Kg

- infantil 15 Kg

Tiempo de promedio - Cancerígenos 25.550 días

- No cancerígenos ED x 365 días año-1

Tabla 1. Ejemplode valores por

defectoempleados por la

U.S.Environmental

Protection Agencypara el cálculo de

la exposición.

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CULO riesgo diferentes de las actua-

ciones técnicas de tratamientoy que, sin provocar una dismi-nución de las concentracionesde contaminantes, eliminan elriesgo o lo reducen hasta ni-veles aceptables, al prevenir laexposición: controles institu-cionales (restricción de accesoa emplazamientos contamina-dos, prohibición de uso de po-zos de agua potable afecta-dos, etc.) y técnicas de aisla-miento y contención.

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Implicaciones legales y parala gestión del riesgo

La evaluación de riesgos am-bientales no sólo permite po-ner en perspectiva de efectospara la salud humana (o losecosistemas) un problema decontaminación, sino que tienefuertes implicaciones en el es-tablecimiento de niveles regu-ladores de sustancias tóxicasen el medio natural y en lasactuaciones de investigación ygestión de emplazamientoscontaminados. La posibilidadde relacionar la probabilidadde aparición de efectos adver-sos, o la magnitud de los mis-mos, con valores de concen-tración de compuestos quími-cos en un medio permite cal-cular niveles de dichas sustan-cias para los cuales el riesgoresultante es aceptable. En elcaso de evaluaciones de ries-go para emplazamientos es-pecíficos, estos valores deconcentración constituyen lasconcentraciones objetivo quedeben alcanzarse tras las ac-tuaciones de descontamina-ción correspondientes.

Si, por el contrario, se estable-cen escenarios estándar de ex-posición en función del usopresente o previsto de un terre-no, las concentraciones obteni-das mediante un cálculo inver-so como el que acaba de men-cionarse, constituyen nivelesguía o de referencia de aplica-ción genérica. La legislaciónambiental de varios países in-cluye ya niveles establecidos deesta manera, como límites nor-mativos para la definición decontaminación en suelos. Si enun emplazamiento se superanestos valores de referencia ge-néricos, las actuaciones de des-contaminación que vendríanobligadas pueden ser obviadas,si una rigurosa evaluación delriesgo, específica para el terre-no en cuestión, demuestra laausencia de riesgo para la saludde los receptores implicados.Finalmente, la evaluación deriesgos ambientales introduceposibilidades de gestión del

A CoruñaFuel en la playa

de As Lapas.

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