Biorremediación de Aridisoles y Entisoles
El tratamiento para la recuperación de áreas de este tipo consiste en la aplicación de procesos de Biorremediación y Landfarming in situ, en un trabajo artesanal y manual, efectuando una bioaumentación con bacterias autóctonas, con el objeto de acelerar el proceso de degradación del contaminante. De esa manera se aumentan las posibilidades de mantener las características bióticas de la tierra, y se reducen los tiempos para la resolución del problema. Durante los primeros días se realizan las siguientes actividades: Extracción de muestras para determinar la calidad del hidrocarburo y la concentración presente del mismo. Se retiran las tierras afectadas, impregnadas, tratando las mismas en la cancha de Landfarming de una empresa asentada en el lugar. Se remueve el suelo en forma manual, evitando alterar la flora nativa. Se agrega material granular para asegurar que la porosidad se mantenga, para así crear cámaras de oxígeno indispensables para el metabolismo de las bacterias (aeróbicas). Se controla la humedad hasta obtener la humedad ideal, y se siembran bacterias hidrocarburolíticas y nutrientes en el suelo afectado. Para mantener el proceso degradativo, se remueve el suelo periódicamente y se controla la humedad del mismo. (Schmidt, 2000).
Biorremediación de Alfisoles y Molisoles
Los alfisoles y molisoles son los tipos de suelos con mayor fertilidad natural. La Bioestimulación es una buena alternativa ya que en ella es indispensable el acondicionamiento o ajuste de los principales factores abióticos, tales como pH, 34 humedad, aireación y nutrientes, entre otros que favorecen o estimulan el desarrollo de poblaciones bacterianas. Esta técnica ha sido aplicada con éxito en este tipo de suelos y se han demostrado sus bondades en comparación con la bioaumentación en diversos desechos de la industria petrolera, tales como ripios de perforación, suelos contaminados por derrames de productos y crudo, lodos de fondo de tanques y saneamiento de fosas. Su aplicación ha sido realizada como Landfarming, referida a la biodegradación del contaminante en la capa arable del suelo; composting aeróbico, formando pilas de hasta 3 m de altura y 2 m de ancho con incorporación de mejoradores orgánicos y tratamiento “in situ”, como en el caso de fosas, en las cuales se aplica el biotratamiento o Biorremediación dentro de la misma, sin necesidad de remover y extraer el desecho para tratarlo en otra área.
Biorremediación de Andisoles
A este tipo de suelos se les puede aplicar la técnica llamada bioelectrocinética. Se combina la aplicación de la corriente eléctrica directa con alguna de las técnicas de Biorremediación. Se busca estimular la biodegradación de contaminantes orgánicos al introducir nutrientes y bacterias dentro del suelo, de manera que el campo eléctrico desorbe los contaminantes incrementando su disponibilidad para que los microorganismos los incorporen a su metabolismo, o bien sean estabilizados como resultado de reacciones químicas entre el contaminante y productos metabólicos como el sulfuro y metales divalentes. Esta modificación ha sido probada con moléculas orgánicas sintéticas como TNT, BPC y pesticidas, entre algunos otros y metales pesados como cobre. En este grupo se encuentran los procesos de «lasagna», en los cuales se intercalan estratos de materia orgánica para absorber los contaminantes que se liberaron del suelo y que migran por acción del campo eléctrico. Una vez que los contaminantes (generalmente orgánicos) se encuentran en la zona de materia orgánica, se inicia la biodegradación de los mismos en esta zona. (Maini y Sharman 1999, Gent y Bricka 2001). (Marks et al. 1994)
Biorremediación de Ultisoles
El remediador aplicado consiste en una formulación a base de biomasas vegetales que combina diferentes partes aéreas de plantas en proporciones específicas que suministran nutrimentos, particularmente nitrógeno, a los procesos de Biorremediación. Las biomasas vegetales actúan mejorando la estructuración del desecho, al incrementar la porosidad en el desecho y por ello el intercambio de oxígeno. Además de la biodegradación de los componentes saturados y aromáticos, los productos remediadores actúan como un mejorador orgánico, restaurando el equilibrio ecológico del suelo al favorecer el desarrollo de la cobertura vegetal. Una vez aplicado, el producto se mezcla por medio de maquinarias en los primeros horizontes del suelo, ajustando el porcentaje de humedad del suelo a un 60 % de la capacidad decampo. La aplicación del producto remediador también se aplica al manejo de desechos durante la perforación, conocidos como ripios base aceite, y a la recuperación de áreas, mediante el tratamiento orgánico, como es el caso de las arenas petrolizadas. Después de las labores de recolección del crudo, siempre queda un remanente de arenas petrolizadas. Éstas son apiladas y tratadas con el remediador al 3%, previa evaluación, a nivel de laboratorio, de su efectividad. El producto remediador es aplicado para mejorar la calidad orgánica. Se observa un incremento del contenido de materia orgánica, nitrógeno y fósforo total; así como una disminución de la relación de adsorción de sodio, pH, y contenido de aceites y grasas. Estos cambios, generados por la adición del producto remediador permiten la restauración efectiva de estas áreas.
Biorremediación de Inceptisoles
Los suelos que corresponden al orden Inceptisoles, incluyen suelos de regiones subhúmedas y húmedas, que no han alcanzado a desarrollar caracteres diagnósticos de otros órdenes, pero muestran evidencias de desarrollo progresivo, son suelos inmaduros, con escasa expresión morfológica. Los parámetros 36 edáficos que determinan y condicionan la elección de un suelo para «landfarming» son: textura, estructura, pH, temperatura, porosidad, velocidad de percolación, capacidad de retención de agua, infiltración, contenido de oxígeno, contenido de macro y micronutrientes, humedad. La textura del suelo incide en la aireación, en su capacidad de retención de agua, porosidad y velocidades de percolación e infiltración. Los suelos dicho orden, pueden ser predominantemente limo-arcillosos en superficie y netamente arcillosos en profundidad, poseen buen drenaje. La temperatura del suelo, recomendada para la biodegradación del petróleo se encuentra entre 20 y 30 ºC; si se utiliza la población microbiana autóctona del suelo se puede lograr que los microorganismos involucrados posean estrategias adaptativas de sobrevivencia para soportar la variabilidad climática de su hábitat natural. La estructura, textura y materia orgánica del suelo son factores determinantes de la porosidad del mismo, entonces estos parámetros deber ser determinados antes, durante y luego de finalizado el biotratamiento. El laboreo agrícola debe iniciarse previo a la incorporación del residuo, con el objeto de descompactar, airear y homogeneizar el material de las capas superficiales, de modo que pueda aumentarse mecánicamente el número de poros. Para este tipo de suelos se hace posible utilizar uno o varios métodos a la vez para recuperar la actividad microbiológica del suelo, pues es necesario que en las temporadas secas donde se evidencia la compactación del terreno, se haga riego del terreno y en las temporadas de lluvias se realicen calicatas exploratorias y laboreo agrícola con herramientas convencionales. Las celdas Landfarming, la bioaumentación y la fitorremediación son métodos que se pueden utilizar en este tipo de casos, en algunos, se hace necesaria la utilización de los tres métodos, lo que depende del daño (antecedentes del suelo), de las características climáticas de la zona y de la actividad microbiológica del suelo, estudiada con anterioridad.
Biorremediación de Oxisoles
Las alternativas de Biorremediación para suelos de este tipo son variadas. La metodología que se puede aplicar para la descontaminación del suelo 37 contaminado con petróleo, es el resultado de la observación en campo del comportamiento del contaminante derramado y que se ha distribuido a través del suelo y sedimento en las áreas cenagosas, así como también en el agua superficial existente. Con el fin de un proceso más óptimo se hace necesario que el tratamiento se realice en dos fases. (Dimas, IGAC) Fase1. Tratamiento del suelo mediante hidrolavado: Al suelo y a los sedimentos se les trata con una solución acuosa de biodesengrasantes compuestos principalmente por aceites de origen vegetal, que logran es bajar la tensión superficial y disminuir las fuerzas de capilaridad dentro de las partículas de hidrocarburo y/o minerales de las superficies rocosas, limosas y arcillosas, crear una microemulsión que sea estable y solubilizar las moléculas individuales para que formen micelas o una simple fase de microemulsiones. El hidrocarburo desprendido se recupera utilizando sustratos vegetales oleofílicos en forma de barreras, evitando así que los productos del lavado fluyan por los cuerpos de agua. Si la cantidad de petróleo desprendido es grande justificará el uso de un rodillo para su recuperación y almacenamiento. En el procedimiento de lavado del suelo se separa la tierra fina (limo y arcilla), de la tierra gruesa (arena y grava). Si la arena y grava presentan vestigios de contaminantes, se puede someter el material a otro ciclo de lavado, recogerlo para aplicarle un tratamiento diferente o disponerlo en otro lugar. Si el limo y la arcilla todavía presenta trazas de hidrocarburos, se dispone en forma de biopilas para someterlo a un proceso de degradación mediante la aplicación de nutrientes y bioventilación para que el material en contacto con el oxigeno oxide los hidrocarburos residuales. Fase 2. Cualquiera de las siguientes técnicas se podrá aplicar siempre y cuando se haya realizado una primera fase de tratamiento, es decir el lavado de suelos, ya que con este primer tratamiento es posible disminuir la concentración del contaminante en al menos un 60%: Biorremediación in situ: El tratamiento biológico de suelos contaminados involucra el uso de microorganismos y/o vegetales para la degradación de los contaminantes orgánicos. La actividad biológica altera la estructura molecular del contaminante y el grado de alteración determina si se ha producido biotransformación o mineralización, Se realizan las siguientes tareas: a. Se Construye un canal de drenaje en el área de confinamiento del material contaminado a fin de eliminar la mayor cantidad de agua posible del bajo existente; este canal de drenaje deberá atravesar los pantanos. b. Remover el suelo y sedimentos de los pantanos con la finalidad de recuperar el hidrocarburo libre, facilitar la homogenización del material y permitir evaporación del exceso de agua presente. c. Incorporar material de soporte: Este puede ser residuos vegetales que permitirán una fácil aireación y oxigenación del medio en tratamiento. d. Aplicación de fertilizantes: Se usarán fuentes de nitrógeno, fósforo y potasio necesarios para el incremento y desarrollo de población microbiana con capacidad degradadora de petróleo. e. Aplicación de fertilizantes orgánicos: Estos pueden ser gallinazas, estiércoles y otros que a mas de aportar con cepas microbiana con capacidad de degradación de petróleo, proporcionaran fuentes de nutrientes y oligoelementos necesarios para el desarrollo biológico en el suelo en tratamiento. f. Aireación mecánica. A fin de incrementar la disponibilidad de oxigeno para el crecimiento microbiano y para el proceso de evapotranspiración del agua existente. 39 g. Aplicación de caldos y medios de cultivo provistos de cepas endémicas de organismos degradadores de petróleo, aisladas del sitio de remediación, clasificadas, potenciadas y bioaumentadas. Esta técnica de Biorremediación in situ se puede aplicar siempre y cuando los niveles de hidrocarburos no sean tan altos y no haya presencia de hidrocarburo intemperizado.
Factores que afectan la Biorremediación
La biodegradabilidad de una mezcla de hidrocarburos presente en un suelo contaminado depende de diversos factores, los cuales como pueden clasificarse en cuatro grupos: Medio ambientales. Físicos. Químicos. Microbiológicos. Factores medio ambientales Los factores medio ambientales son aquellos necesarios a la hora de proporcionar las condiciones óptimas para el crecimiento de los microorganismos que llevan a cabo la recuperación. Los microorganismos son muy sensibles a los cambios de temperatura, pH, disponibilidad de nutrientes, oxígeno y humedad. (Colin,2001) 17 El pH. Afecta significativamente la actividad microbiana. En consecuencia, cuanto mayor sea la diversidad de microorganismos existentes, potencialmente mayor será el rango de tolerancia. No existen unas condiciones preestablecidas que sean óptimas en todos los casos, pero en términos generales el crecimiento de la mayor parte de los microorganismos es máximo dentro de un intervalo de pH situado entre (6 – 8) para las bacterias heterótrofas, mientras que es más ácido para los hongos (pH 4 – 5). Temperatura Es uno de los factores ambientales más importantes que afecta la actividad metabólica de los microorganismos y la tasa de biodegradación. Generalmente, las especies bacterianas crecen a intervalos de temperatura bastante reducidos, entre 20 y 30 ºC. Humedad Los microorganismos requieren unas condiciones mínimas de humedad para su crecimiento. El agua forma parte del protoplasma bacteriano y sirve como medio de transporte a través del cual los compuestos orgánicos y nutrientes son movilizados hasta el interior de las células. Un exceso de humedad inhibirá el crecimiento bacteriano al reducir la concentración de oxígeno en el suelo, la humedad del suelo puede limitar de forma severa la biodegradación, fundamentalmente en suelos superficiales afectados por oscilaciones importantes en el contenido de agua. El oxígeno El oxigeno es el aceptor final de electrones generalmente empleado en procesos biológicos y también es necesario en determinados tipos de reacciones de oxido– reducción catalizada por enzimas. Los microorganismos, oxidan compuestos 18 orgánicos o inorgánicos, obteniendo así la energía necesaria para su crecimiento. El proceso de oxidación da lugar a electrones que intervienen una cadena de reacciones en el interior de la célula y, al final, deben ser vertidos en el entorno. Necesidad de nutrientes inorgánicos. El metabolismo microbiano está orientado a la reproducción de los organismos y éstos requieren que los constituyentes químicos se encuentren disponibles para su asimilación y sintetización. Los nutrientes principalmente requeridos son el fósforo y el nitrógeno, por tanto, las concentraciones asimilables de dichos elementos presentes en el suelo, suelen ser limitantes para un incremento y activación de la población microbiana. La adición de fuentes de N y P inorgánicas, generalmente tiene un efecto positivo incrementando las poblaciones microbianas y las tasas de biodegradación de hidrocarburos en suelos contaminados. Las proporciones molares normales de C:N:P, depende del sistema de tratamiento a emplear, siendo de modo habitual 100:10:1. Factores físicos Los factores físicos de mayor importancia en la Biorremediación son la biodisponibilidad, la presencia de agua y la provisión de un aceptor de electrones. 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. En los suelos uno de los factores limitantes para la biodegradación es la transferencia de masas, ya que los microorganismos de los suelos contaminados, suelen tener amplias capacidades biodegradativas al estar expuestos a una gran variedad de compuestos orgánicos diferentes. Por lo tanto la adsorción, la absorción, 19 desadsorción, disolución y la difusión son fenómenos, propios de la transferencia de masas, que condicionan la biodisponibilidad de los contaminantes. Presencia de agua. Ésta es necesaria ya que, como se ha visto con anterioridad, los microorganismos toman en carbono orgánico, los nutrientes inorgánicos y los aceptores de electrones, necesarios para el crecimiento microbiano, de la fase líquida. Por lo tanto, el agua debe estar en contacto con los contaminantes estar presente en cantidades que permitan el desarrollo de las comunidades microbianas. Sin embargo, el agua puede llegar a inhibir el flujo de aire y reducir el sumito de oxígeno necesario para la respiración microbiana. Existen valores de humedad óptima para Biorremediación de terrenos no saturados, que habitualmente están entre 150 y 250 grados de agua por kg de terreno seco.(Ercoli, 1999) Factores químicos El factor químico más importante en la Biorremediación es la estructura molecular del contaminante, cómo ésta afecta a sus propiedades químicas y físicas y su capacidad para ser biodegradado. La capacidad para ser biodegradado está relacionada con factores tales como la solubilidad, el grado de ramificación, el grado de saturación y la naturaleza y el efecto de los sustituyentes. Estructura química. La inherente biodegradabilidad de un hidrocarburo depende, en gran medida, de su estructura molecular. Siendo los parámetros que más van a afectar la halogenación, la existencia de ramificaciones, la baja solubilidad en el agua y la diferente carga atómica. De las distintas familias de hidrocarburos del petróleo, los n-alcanos y los alcanos ramificados (isoprenoides) de cadena intermedia (C10- C20) son los sustratos más fácilmente degradables por los microorganismos del suelo, y que por lo tanto tienden a ser eficazmente biodegradados. Sin embargo, 20 los alcanos de cadena larga (>C20) son más difíciles de degradar debido a su (elevado peso molecular) y su baja solubilidad en agua. Los cicloalcanos, por norma general, se degradan más lentamente que los n-alcanos y alcanos ramificados. De igual forma, los HAPs que contienen de 2 a 3 anillos aromáticos pueden ser biodegradados eficazmente en el suelo en condiciones ambientales óptimas, mientras que los HAP de 4 anillos, y especialmente, los de 5 o más anillos bencénicos presentan una mayor recalcitrancia inherente y una baja solubilidad. Las fracciones de resinas y asfaltenos son las que presentan una menor degradabilidad debido a las complejas estructuras químicas y al elevado peso molecular de sus moléculas. Factores microbiológicos El factor microbiológico más importante en la Biorremediación es la transformación biológica de compuestos orgánicos, catalizada por acción de las enzimas. La biodegradación de un compuesto específico es frecuentemente un proceso que se realiza paso a paso en el cual se involucran muchas enzimas y muchos organismos. Las enzimas son específicas en términos de los compuestos que atacan y las reacciones que catalizan. 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. 5.1.1 ETAPAS DE UNA BIORREMEDIACIÓN EFICAZ Análisis y elección de las medidas biocorrectivas a) Identificar y cuantificar los contaminantes. Definiendo sus propiedades físico
