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Química Industrial iii
“Biorremediación de suelos”
Por: CONTRERAS VARGAS MARLEN RUBIO JIMENEZ JORGE LUIS
Universidad Nacional Autónoma de MéxicoFacultad de
Estudios Superiores Cuautitlán
Se denomina suelo al sistema estructurado, biológicamente activo,
que tiende a desarrollarse en la superficie de las tierras emergidas,
constituye la interfaz entre la tierra, el aire y el agua
Se trata de un sistema formado por componentes minerales (50%),
componentes orgánicos: humus, biomasa (3-6%), aire y agua (25-
40%) y organismos vivos (menos del 1%).
Introducción
La biorremediación es una tecnología que utiliza el potencial metabólico
de los microorganismos (fundamentalmente bacterias, pero también
hongos y levaduras) para transformar contaminantes.
La utilización de microorganismos que transforman diferentes
compuestos nocivos en otros de menor impacto ambiental ha
experimentado un gran desarrollo reciente. Aunque las bacterias son las
más empleadas en el proceso de biorremediación.
Biorremediación
Clasificación
Hidrocarburos de todo tipo •alifáticos, aromáticos•BTEX, PAHs,...
Hidrocarburos clorados •PCBs, TCE, PCE, pesticidas, herbicidas,...
Metales pesados. Estos no se metabolizan por los microorganismos de manera apreciable, pero pueden ser inmovilizados o precipitados.
Compuestos nitroaromáticos (TNT y otros).
Otros contaminantes. Compuestos organofosforados, cianuros, fenoles, etc.
Los microorganismos transforman y metabolizan
aeróbicamente o anaerobicamente los hidrocarburos y
otros compuestos orgánicos hasta dióxido de carbono, agua
y fuentes de alimento para sustentar su crecimiento y
reproducción, es decir, la biodegradación ocurre
naturalmente.
Los microorganismos en la biorremediación
La ausencia de alguna de las condiciones óptimas limita la
actividad biológica, se requiere la adaptación de condiciones
ambientales apropiadas tales como:
1 •pH•Temperatura
2 •El aceptor final de electrones (que en procesos aeróbicos es el oxígeno)
3 •Condiciones adecuadas de humedad •Conductividad del medio
FUNDAMENTACIÓN BIOQUÍMICA DE LA BIODEGRADACIÓN
Se basa, principalmente, en una serie de reacciones de óxido
reducción (cuyo fin es la obtención de energía) que se
producen en la cadena respiratoria, o transportadora de
electrones de las células.
La cadena la inicia un sustrato orgánico que es externo a la
célula y que actúa como dador de electrones, de modo que la
actividad metabólica de la célula acaba degradando y
consumiendo dicha sustancia
Principales aceptores de electrones
Los aceptores más comúnmente utilizados por los microorganismos son :
Oxígeno Nitratos Hierro (III) Sulfatos Dióxido de carbono.
Cuando el oxígeno es utilizado como aceptor de electrones la
respiración microbiana se produce en condiciones aerobias, y los
procesos de biodegradación serán de tipo aerobio
Oxígeno
Sin embargo, si utiliza los sulfatos o el dióxido de carbono se produce en
condiciones reductoras o anaerobias, y los procesos de biodegradación serán
de tipo anaerobio
SULFATOS
FACTORES QUE CONDICIONAN LA
BIORREMEDIACIÓN DE UN SUELOMedio ambientales.
Físicos.
Químicos.
Microbiológicos.
Son aquellos necesarios a la hora de proporcionar las
condiciones
óptimas para el crecimiento de los microorganismos:
• pH
• Temperatura,
• Humedad,
• Disponibilidad de oxígeno
• Disponibilidad de nutrientes inorgánicos.
MEDIOAMBIENTALES
FACTORES FISICOS
• Biodisponibilidad
La tasa de degradación depende tanto de la capacidad de transporte y del metabolismo microbiano, como de la transferencia de masas del compuesto. La relación entre estos factores se conoce como biodisponibilidad.
• Presencia de agua
Debe estar presente en cantidades que permitan el desarrollo de las comunidades microbianas
FACTORES QUIMICOS
La capacidad para ser biodegradado está relacionada con factores tales como:
Factores
la naturaleza y el efecto de
los sustituyentes
grado de saturación
grado de ramificaci
ón
Solubilidad
Factores microbiológicos
Es la transformación biológica de compuestos orgánicos, catalizada por acción de las enzimas Más de una enzima es normalmente requerida para romper una sustancia orgánica. Frecuentemente, los organismos que tienen las enzimas para degradar están presentes en el suelo.
Existen varias clases de microorganismos:
Mohos
Levaduras
Bactérias
Actinomicetos
Protozoos
Algas
Vírus
MICROORGANISMOS EN LA BIORREMEDIACIÒN
Las bacterias son el grupo de organismos más abundante en los suelos y la cantidad de especies presentes en el mismo parece relativamente constante alrededor del mundo. Las más comunes son: •Pseudomonas•Arthrobacter•Achromobacter•Micrococcus•Vibrio•Acinetobacter•Brevibacterium•Corynebacterium •Flavabacterium
BACTERIAS
HONGOS
Los hongos son altamente protistas, no tienen movimiento y emplean materia orgánica como fuente de carbono y energía. Algunos de los hongos mejor conocidos son mohos, levaduras y setas
Aspecto de un moho Aspecto de una levadura y una seta
Phanerochaete chrysoporium, hongo de la podredumbre blanca. Este organismo produce una encima extracelular: peroxidasa, que degrada la lignina en presencia del peróxido; se ha encontrado que degrada una alta variedad de compuestos altamente clorados y recalcitrantes.
Pseudomonas
La Pseudomonas aeruginosa, es otro de los microorganismos más usado y estudiado en biorremediación. Estudios con relación al desempeño metabólico de esta Pseudomona ha permitido identificarla como degradadora de gran cantidad de sustratos como el n-hexadecano, mineralización de compuestos alifáticos en condiciones anaerobias, y degradadora de hidrocarburos aromáticos y poli aromáticos.
MÉTODOS DE BIORREMEDIACIÓN
•Biorremediación “in situ”
•Bioestimulación
•Bioremediación ex situ
BIORREMEDIACIÓN “IN SITU”
Antes de decidir el tipo de tratamiento deben valorarse numerosos factores entre los que se destacan:
•Impacto ambiental en la zona. •Actividades industriales que pueden verse afectadas. •Costos comparativos con otros tratamientos. •La dificultad de acceso a la zona contaminada para proveer de oxígeno y nutrientes. •La velocidad del proceso. •El potencial peligro de extensión de la contaminación.
Bioventeo o inyección de aire
BIOESTIMULACIÓN
En este sistema, el agua subterránea es conducida a la superficie por medio de un sistema de pozos de extracción, se acondiciona en un reactor para volverla a inyectar y estimular la degradación bacteriana de los contaminantes del subsuelo.
En el reactor en superficie se agregan al agua: nutrientes, oxígeno, microorganismos previamente seleccionados, y el efluente se retorna al subsuelo por medio de pozos de inyección, distribuidas a lo largo y ancho del sitio que se requiere remediar. Algunas veces esta técnica utiliza biosurfactantes para ayudar al lavado de contaminantes del suelo.
“EX SITU”
Dos son los tratamientos que se distinguen cuando el procedimiento se realiza fuera del lugar donde está la contaminación:
•tratamiento por vía sólida y •tratamiento por vía suspensión.
La biorrecuperación vía sólida se puede realizar por
•tratamiento por compostaje.
Compostaje: es un proceso biológico controlado, esta estrategia de compostaje se diferencian de los sistemas convencionales, ya que son sistemas cerrados, como las incubadoras de gran tamaño, ofreciendo asegurar altas temperaturas (> 70 ° C).
Biopilas: La técnica consiste en la formación de pilas de material biodegradable de dimensiones variables, formadas por suelo contaminado y materia orgánica (composta) en condiciones favorables para el desarrollo de los procesos de biodegradación de los contaminantes. Estas pilas de compost pueden ser aireadas de forma activa, volteando la pila, o bien de forma pasiva, mediante tubos perforados de aireación.
En el tratamiento vía suspensión se excava el material contaminado y se traslada a un reactor. La característica de este método es la suspensión en un medio acuoso del suelo contaminado, es decir, el tratamiento se lleva a cabo bajo condiciones de saturación de agua.
FITORREMEDIACIÓN
Se basa en el uso de plantas verdes y los microorganismos asociados a ellas.
El término de fitorremediación se asocia al uso de plantas capaces de bioconcentrar niveles inusuales de metales en sus tejidos. La mayor parte de ellas están constituidas por pequeñas plantas herbáceas que se desarrollan en zonas metalúrgicas naturales o en depósitos.
Biorremediación en México: De un total de 57 empresas autorizadas hasta 2009
ninguna ofrecía servicios para biomerremediacion de suelos contaminados por metales pesados.
En el composteo el material contaminado se mezcla con aserrín, paja, bagazo, estiércol, composta,
etc. Conocidos como agentes de volumen, son usados para:
Mejorar los nutrientes y la actividad microbiana.
Aumentar la porosidad y con ello la aereación.
Mejorar la capacidad de retención del agua.
VENTAJAS DE LA BIORREMEDIACIÓN
• Es una tecnología poco invasiva y generalmente no requiere
componentes estructurales o mecánicos que signifiquen una
amenaza para el medio.
• Comparativamente, es económica viable y al tratarse de un
proceso natural, suele tener aceptación por parte de la
opinión pública.
DESVENTAJAS
• La biodegradación incompleta puede generar intermediarios
metabólicos inaceptables, con un poder contaminante similar o
incluso superior al producto de partida y algunos compuestos
contaminantes son tan resistentes que pueden incluso inhibir la
biorremediación.
• Es difícil predecir el tiempo requerido para un proceso
adecuado, el seguimiento y control de la velocidad y/o
extensión.
Bibliografia:
Gloria Andrea Silva-Castro , Belén Rodelas, Carlos Perucha, Jaime Laguna, Jesús González-López, Concepción Calvo,(15 Febrero 2013) Bioremediation of diesel-polluted soil using biostimulation as post-treatment after oxidation with Fenton-like reagents: Assays in a pilot plant, ELSEVIER.
Juan Antonio Velasco, Composteo: Una alternativa tecnologica para la biorremediacion de suelos en Mexico, IPN, 23 de Agosto de 2009.