En los próximos diez años, la biorremediación desempeñará un papel relevante en la restauración de suelos, lodos y aguas contaminadas. En la pasada década, la biorremediación pasó de ser una tecnología casi desconocida a una de las mayormente consideradas para la limpieza de sitios contaminados. La razón de este crecimiento consiste en su bajo costo respecto de la incineración y el confinamiento. También atrae la atención porque destruye la mayoría de los desechos orgánicos, transformándolos de manera que los subproductos del tratamiento son innocuos.
El objetivo del presente trabajo es mostrar que la biorremediación es una tecnología eficaz en el tratamiento biológico para la transformación de químicos orgánicos peligrosos. Consiste en la manipulación y control de procesos microbianos in situ o ex situ, en la superficie o en el subsuelo.
Aunque la biorremediación es menos costosa que otras tecnologías, es científicamente muy intensiva. La optimización y control de las transformaciones microbianas de los contaminantes, requiere la integración de muchas disciplinas de la ciencia y la ingeniería. La optimización de las condiciones ambientales se logra al entender los principios biológicos bajo los cuales los compuestos orgánicos se degradan.
Biorremediación es un término que se aplica a un grupo de tecnologías empleadas para emular y ayudar a la naturaleza en la transformación de contaminantes químicos orgánicos en suelo o agua, a formas innocuas. Éstas son barbecheo; composteo: biopilas aireadas; biorreactor de suelo en suspensión; bioventeo y biorremediación de acuíferos in situ.
Existen muchos factores que influyen en la selección apropiada de la técnica de tratamiento por biorremediación. Entre éstos se encuentran la naturaleza de los contaminantes, la extensión de la contaminación, las características del sitio, los niveles de limpieza que deberán alcanzarse y el aspecto económico. Por lo anterior, no es posible tener una sola opción de restauración que sea aplicable a cualquier sitio y a cualquier contaminante. No existe un esquema de tratamiento biológico que sea aplicable a cualquier situación. Cada sitio necesita ser evaluado individualmente.
El diseño apropiado, la aplicación y la operación de un tratamiento de biorremediación requieren una actividad multidisciplinaria para caracterizar geológica, hidrológica, química y microbiológicamente un sitio. Sólo cuando las características de un sitio han sido suficientemente evaluadas, se puede diseñar un tratamiento de biorremediación exitoso. Los tratamientos biológicos ofrecen una ventaja notable porque transforman parcial o totalmente los contaminantes en lugar de simplemente transferir la contaminación a otra matriz del medio.
Finalmente, aunque los tiempos de tratamiento son largos típicamente de seis hasta 24 meses, el costo es menor que otras opciones.
Métodos Barbecheo
Consiste en extender el suelo contaminado sobre una geomembrana en una capa no mayor de un metro de espesor a fin de estimular la actividad microbiana aerobia, controlando la aireación, adición de minerales, nutrientes y humedad para la degradación de hidrocarburos mediante la respiración microbiana.
Aplicación
Este método ha demostrado su efectividad reduciendo la concentración de todos los constituyentes del petróleo, desde aquellos que tienen una fracción volátil significativa como la gasolina, hasta los que son fundamentalmente no volátiles como grasas y aceites lubricantes.
Procuramos para el caso de gasolina, evaluar cuidadosamente si procede esta tecnología, ya que los hidrocarburos ligeros (más volátiles) tienden a ser removidos más durante el proceso de aireación y menos por degradación microbiana. Sin embargo, si se emplea, se necesita controlar las emisiones de COV a la atmósfera.
En hidrocarburos pesados sin COV, tales como grasas y aceites lubricantes que no se evaporan durante la aireación del barbecheo, el mecanismo dominante que degrada los hidrocarburos es la biodegradación. Sin embargo, debe considerarse que los hidrocarburos con mayor peso molecular requieren un mayor periodo de tiempo para degradarse.
Principio de operación
El suelo normalmente contiene una gran diversidad microbiana que incluye bacterias, algas, hongos, protozoos y actinomicetos; en suelos con gran permeabilidad hidráulica, estos microorganismos generalmente son aerobios. De estos microorganismos las bacterias son el grupo más numeroso y bioquímicamente más activo, aun con bajos niveles de oxígeno.
Las bacterias requieren una fuente de carbono para el crecimiento celular y como fuente de energía para mantener las funciones metabólicas necesarias para el crecimiento. Las bacterias también necesitan nitrógeno y fósforo para dicho crecimiento celular. Sin embargo, cantidades excesivas de fosfato y sulfato pueden inhibir el metabolismo microbiano. Aunque usualmente hay suficiente cantidad y tipos de microorganismos en el suelo, usualmente mezclamos el suelo con estiércoles de pollo o vaca; esto sirve para aumentar la población microbiana y agregar nutrientes.
La efectividad de este tratamiento depende de los siguientes parámetros:
• Características del suelo. Permeabilidad, humedad y densidad.
• Concentración y características del hidrocarburo.
• Condiciones climatológicas.
Aunque casi todos los constituyentes del petróleo son biodegradables, las estructuras moleculares más complejas son más difíciles y menos rápidas de degradar. La mayoría de las moléculas ligeras (nueve átomos de carbono o menos) como los compuestos alifáticos y monoaromáticos, son más fáciles de biodegradar que compuestos de mayor peso molecular alifáticos o poliaromáticos.
Resultados y conclusiones
Es necesario desyerbar, quitar obstáculos y nivelar el terreno. Se afloja, desmenuza y mezcla el suelo. Se instala un sistema para recolección y tratamiento de lixiviados. El pH del suelo debe tener de seis a ocho unidades, de otra forma es necesario ajustarlo antes y durante el tratamiento.
Los microorganismos requieren humedad, pero no en exceso pues se puede restringir el flujo de aire al suelo bajo la superficie y reducir la disponibilidad de oxígeno, el cual es necesario para el proceso metabólico. El rango de humedad debe estar entre 12 a 30 por ciento en peso. Si el sitio contaminado se localiza en una zona con una precipitación pluvial anual mayor a 75 cm durante el tratamiento debe cubrirse con un plástico.
Este proceso reduce los compuestos de los hidrocarburos hasta en 95 por ciento en tratamientos que van de seis meses a dos años. No es efectivo para concentraciones mayores a 50 mil ppm de hidrocarburos totales de petróleo ni en concentraciones de metales pesados mayores a dos mil 500 ppm.
Es importante estar seguro que la aplicación del tratamiento está ofreciendo resultados; para ello se aplica un plan de monitoreo de control. Se monitorea regularmente la concentración de los compuestos orgánicos en el suelo, las emisiones de vapores orgánicos y se realiza conteo bacteriano en el laboratorio.
Composteo
También conocido como biopilas, es similar al barbecheo, ya que ambos tratamientos se realizan sobre el suelo y emplean el oxígeno del aire para estimular el crecimiento y la reproducción de bacterias aerobias para degradar los hidrocarburos adsorbidos en el suelo. Asimismo, degrada de manera efectiva casi todos los compuestos del petróleo.
Aplicación
Se recomienda aplicar este proceso en hidrocarburos de rango medio, por ejemplo diesel, queroseno, aceites lubricantes, etcétera, es decir, en aquellos hidrocarburos que tienen bajo porcentaje de ligeros (compuestos orgánicos volátiles). Esto es importante ya que tendremos poca pérdida de vapores durante la formación de las biopilas. Éstas se forman sobre una membrana geotextil de polietileno de alta densidad, dispuesta sobre el terreno con una pendiente no mayor a 5 por ciento para la recuperación de lixiviados. Naturalmente, los hidrocarburos pesados requieren un mayor tiempo para degradarse. Con cierta frecuencia, durante la vida útil de la biopila, el suelo necesita ser volteado para promover la degradación uniforme.
Principio de operación
La efectividad de un sistema de biopilas depende de muchos parámetros, los cuales pueden agruparse en tres categorías:
• Características del suelo. Permeabilidad, humedad y densidad.
• Concentración y características del hidrocarburo.
• Condiciones climatológicas.
Aunque usualmente hay suficiente cantidad y variedad de microorganismos en el suelo, en tratamientos ex situ como las biopilas éste puede ser enriquecido mezclando microorganismos cultivados (preferentemente autóctonos) o estiércoles animales.
El crecimiento bacteriano es función de la temperatura. A temperaturas menores a 10°C la actividad microbiana del suelo disminuye significativamente. La actividad microbiana de las bacterias más importantes para la biodegradación de los hidrocarburos, también disminuye a temperaturas mayores a 45°C. Debido a que la temperatura del suelo varía con la temperatura ambiente, es de esperar que la actividad bacteriana y en consecuencia la razón de degradación varíe según la temporada del año.
Aunque en el centro y sur-sureste de nuestro país esto es poco crítico, en el centro de Puebla, sólo en las noches de invierno, se registran temperaturas menores a 10°C, aunque los días son calurosos. Por ello durante la noche cubrimos las biopilas con forraje, rastrojo y plástico; esta cubierta actúa como un aislante térmico y casi se mantiene constante la actividad bacteriana.
La presencia de muy altas concentraciones de hidrocarburos o de metales pesados en el suelo, puede resultar tóxica e inhibir el crecimiento y la reproducción de bacterias responsables de la biodegradación; las bajas concentraciones de materia orgánica disminuirán también la actividad microbiana.
Resultados y conclusiones
La altura típica de las biopilas varía entre uno y tres metros; su longitud no tiene restricción, pero su ancho no debe exceder de dos a 2.5 metros. Las biopilas se construyen amontonando el suelo por capas. El suelo homogenizado se amontona a no más de 60 cm de espesor, se coloca la tubería de aireación y humidificación y después se agrega la siguiente capa. Este proceso se repite hasta que se alcanza la altura deseada.
Este sistema reduce los compuestos de los hidrocarburos hasta en 95 por ciento en tratamientos que van de seis meses a dos años. No es efectivo para concentraciones mayores a 50 mil ppm de hidrocarburos totales de petróleo ni en concentraciones de metales pesados mayores a dos mil 500 ppm.
Es importante estar seguro que la aplicación del tratamiento está ofreciendo resultados satisfactorios; para ello se aplica un plan de monitoreo de control.
Se monitorea regularmente la concentración de los compuestos orgánicos en el suelo de la biopila, las emisiones de vapores orgánicos y se realiza conteo bacteriano en el laboratorio.
Bioventeo
Es una tecnología de restauración in situ que emplea microorganismos autóctonos para biodegradar los compuestos orgánicos adsorbidos en el suelo en la zona no saturada. En el bioventeo, la actividad de las bacterias autóctonas se mejora al inducir un flujo de aire (u oxígeno) en la zona no saturada, empleando pozos de inyección o extracción, y si es necesario se adicionan nutrientes. Debe cuidarse que el bioventeo promueva la biodegradación y minimice la volatilización, esto se logra usando flujos de aire pequeños, aunque no se elimina totalmente la volatilización.
