Biorremediación: objetivo, principio, categorías, tipos, métodos, aplicaciones

• La biorremediación se refiere al uso de microorganismos naturales o introducidos deliberadamente para consumir y descomponer los contaminantes ambientales, con el fin de limpiar un sitio contaminado.
• Es un proceso que utiliza principalmente microorganismos pero también plantas, o enzimas microbianas o vegetales para desintoxicar los contaminantes en el suelo y otros ambientes.
• El concepto incluye la biodegradación, que se refiere a la transformación o desintoxicación parcial ya veces total de contaminantes por parte de microorganismos y plantas.
• El proceso de biorremediación aumenta la tasa de degradación microbiana natural de los contaminantes al integrar microorganismos autóctonos (bacterias u hongos) con nutrientes, fuentes de carbono o donantes de electrones (bioestimulación, biorrestauración) o al agregar un cultivo enriquecido con microorganismos que tienen características específicas que permiten para degradar el contaminante deseado a un ritmo más rápido (bio-aumento).

Objetivo de la Biorremediación

• El objetivo de la biorremediación es al menos reducir los niveles de contaminantes a niveles indetectables, no tóxicos o aceptables, es decir, dentro de los límites establecidos por las agencias reguladoras o, idealmente, mineralizar completamente los órganos contaminantes en dióxido de carbono.

Principio de biorremediación

• La biorremediación se basa en estimular el crecimiento de ciertos microbios que utilizan contaminantes como el petróleo, los solventes y los pesticidas como fuente de alimento y energía.
• Estos microbios consumen contaminantes, convirtiéndolos en pequeñas cantidades de agua y gases inofensivos como el dióxido de carbono.
• La biorremediación eficaz requiere una combinación de temperatura, nutrientes y alimentos adecuados; de lo contrario, puede llevar mucho más tiempo limpiar los contaminantes.
• Si las condiciones no son favorables para la biorremediación, se pueden mejorar agregando "modificaciones" al medio ambiente, como melaza, aceite vegetal o simplemente aire.
• Estas enmiendas crean las condiciones óptimas para la proliferación de microbios y la finalización del proceso de biorremediación.
• El proceso de biorremediación puede llevar desde unos pocos meses hasta varios años.
• La cantidad de tiempo requerido depende de variables como el tamaño del área contaminada, la concentración de contaminantes, condiciones como la temperatura y densidad del suelo, y si la biorremediación se llevará a cabo in situ o ex situ.

Categorías de biorremediación

La remediación biológica se puede clasificar en dos tipos: remediación microbiana y fitorremediación.

Remediación microbiana

• Los microorganismos son bien conocidos por su capacidad para descomponer una amplia gama de compuestos orgánicos y absorber sustancias inorgánicas. Actualmente, los microbios se utilizan para limpiar el tratamiento de la contaminación en procesos conocidos como biorremediación.
• Se pueden usar diferentes sistemas microbianos como bacterias, hongos, levaduras y actinomicetos para la eliminación de contaminantes tóxicos y de otro tipo del medio ambiente.
• Los microorganismos están fácilmente disponibles, se caracterizan rápidamente, son muy diversos, ubicuos y pueden utilizar muchos elementos nocivos como fuente de nutrientes.
• Se pueden aplicar tanto in situ como ex situ; además, muchas condiciones ambientales extremas pueden eliminar tales entidades.
• Aunque muchos microorganismos son capaces de degradar el crudo presente en suelose encontró útil emplear un enfoque de cultivo mixto frente a cultivos puros en la biorremediación, ya que muestra interacciones sinérgicas.
• Se pueden utilizar varias bacterias para la eliminación de contaminantes de hidrocarburos de petróleo del suelo.
• Las bacterias que pueden degradar los principales contaminantes incluyen Pseudomonas, Aeromonas, Moraxella, Beijerinckia, Flavobacteria, cromobacteriasNocardia, Corinebacteria, Acinetobacter, micobacteriasModococos, Streptomyces, CuencasArtrobacterias, Aeromonas, Y cianobacterias.

Corretaje de plantas

• Los humedales artificiales son un proceso de biorremediación que utiliza varios tipos de plantas para eliminar, transferir, estabilizar y/o destruir contaminantes en el suelo y las aguas subterráneas.
• Existen diferentes tipos de mecanismos de fitorremediación.

1. Biodegradación de la rizosfera. En este proceso, la planta libera sustancias naturales a través de sus raíces, proporcionando nutrientes a los microorganismos del suelo. Los microorganismos aumentan la degradación biológica.
2. Fitoestabilización.En este proceso, los compuestos químicos producidos por la planta inmovilizan los contaminantes en lugar de degradarlos.
3. Fito-acumulación (también llamada fitoextracción). En este proceso, las raíces de las plantas absorben contaminantes junto con otros nutrientes y agua. La masa contaminante no se destruye sino que va a parar a los brotes y hojas de la planta. Este método se utiliza principalmente para residuos que contienen metales.
4. Sistemas hidropónicos para el tratamiento de cursos de agua (rizofiltración). La rizofiltración es similar a la fitoacumulación, pero las plantas que se utilizan para la limpieza se cultivan en invernaderos con las raíces en el agua. Este método de cultivo se puede utilizar para el tratamiento de aguas subterráneas ex situ. Es decir, se bombea agua subterránea a la superficie para regar estas plantas. Por lo general, los sistemas hidropónicos utilizan tierra artificial, como arena mezclada con perlita o vermiculita. Cuando las raíces se saturan de contaminantes, se recogen y se desechan.
5. Fito-volatilización.En este proceso, las plantas absorben agua que contiene contaminantes orgánicos y los liberan al aire a través de las hojas.
6. Fito-degradación. En este proceso, las plantas metabolizan y destruyen los contaminantes dentro de los tejidos vegetales.
7. Mando hidraulico. En este proceso, los árboles se limpian a sí mismos indirectamente controlando el movimiento de las aguas subterráneas. Los árboles actúan como bombas naturales cuando sus raíces descienden hasta el nivel freático y establecen una densa masa de raíces que absorbe grandes cantidades de agua. Un álamo, por ejemplo, extrae 30 galones de agua del suelo por día, y el álamo puede absorber hasta 350 galones por día.

Tipos de métodos de biorremediación

• Atenuación natural o biorremediación intrínseca: La biorremediación se realiza sola sin añadir nada.
• Bioestimulación: La biorremediación se estimula agregando fertilizantes para aumentar la biodisponibilidad dentro del medio.

Las tecnologías generalmente se pueden clasificar como in situ o ex situ.

• Biorremediación in situ: Implica el tratamiento de material contaminado en el sitio.
• Biorremediación ex situ: Implica retirar el material contaminado para ser tratado en otro lugar.

Métodos de biorremediación

Algunos ejemplos de tecnologías relacionadas con la biorremediación son:

1. Corretaje de plantas
2. Bioventilación
3. Biolixiviación
4. El cultivo de la tierra
5. biorreactor
6. Compostaje
7. bio aumento
8. Rizofiltración
9. Bioestimulación

Aplicaciones de la Biorremediación

• La biorremediación se utiliza para la remediación de metales, radionucleidos, pesticidas, explosivos, combustibles, compuestos orgánicos volátiles (VOC) y compuestos orgánicos semivolátiles (SVOC).
• Se están realizando investigaciones para comprender el papel de la fitorremediación en la remediación del perclorato, un contaminante que ha demostrado ser persistente en los sistemas de aguas superficiales y subterráneas.
• Se puede utilizar para limpiar contaminantes en el suelo y las aguas subterráneas.
• En el caso de las sustancias radiactivas, a veces se utilizan agentes quelantes para hacer que los contaminantes sean susceptibles de ser absorbidos por las plantas.

Ventajas de la biorremediación

La biorremediación tiene varias ventajas sobre otros métodos de limpieza.

• Debido a que utiliza solo procesos naturales, es un método relativamente verde que causa menos daño a los ecosistemas.
• A menudo se lleva a cabo bajo tierra, ya que las enmiendas y los microbios se pueden bombear bajo tierra para limpiar los contaminantes en las aguas subterráneas y el suelo; por lo tanto, no causa muchas molestias a las comunidades vecinas.
• El proceso de biorremediación crea pocos subproductos dañinos ya que los contaminantes y los contaminantes se convierten en agua y gases inofensivos como el dióxido de carbono.
• Las biorremediaciones son más económicas que la mayoría de los métodos de limpieza, ya que no requieren una gran cantidad de equipo o mano de obra.
• La biorremediación se puede adaptar a las necesidades del sitio contaminado en cuestión y se fomentan los microbios específicos necesarios para reducir el contaminante seleccionando el factor limitante necesario para promover su crecimiento.

Limitaciones y preocupaciones de la biorremediación

• La toxicidad y la biodisponibilidad de los productos de biodegradación no siempre se conocen.
• Los subproductos de la degradación pueden movilizarse en las aguas subterráneas o bioacumularse en los animales.
• Se necesita más investigación para determinar el destino de varios compuestos en el ciclo metabólico de las plantas para garantizar que los excrementos y productos de las plantas no contribuyan a los productos químicos tóxicos o dañinos en la cadena alimentaria.
• Los científicos necesitan determinar si los contaminantes que se acumulan en las hojas y la madera de los árboles se liberan cuando las hojas caen en el otoño o cuando se usa leña o mantillo de los árboles.
• La eliminación de las plantas cosechadas puede ser un problema si contienen altos niveles de metales pesados.
• La profundidad de los contaminantes limita el tratamiento. En la mayoría de los casos, se limita a suelos poco profundos, arroyos y acuíferos.
• En general, el uso de humedales construidos se limita a sitios con concentraciones más bajas de contaminantes y contaminación en suelos poco profundos, cursos de agua y acuíferos.
• El éxito de los humedales construidos puede ser estacional, dependiendo de la ubicación. Otros factores climáticos también afectarán su eficacia.
• El éxito de la remediación depende de la creación de una comunidad vegetal seleccionada. La introducción de nuevas especies de plantas puede tener amplias ramificaciones ecológicas. Debe ser estudiado previamente y monitoreado.
• Si las concentraciones de contaminantes son demasiado altas, las plantas pueden morir.
• Algunas fitomedianas transfieren la contaminación a través de los medios (p. ej., del suelo al aire).
• Los humedales construidos no son efectivos para los contaminantes altamente absorbidos, como los bifenilos policlorados (PCB).
• Los humedales construidos requieren una gran superficie de tierra para la recuperación.

Referencias

1. https://www.sciencedirect.com/topics/earth-and-planetary-sciences/bioremediation
2. http://www.cpeo.org/techtree/ttdescript/phytrem.htm
3. https://www.investopedia.com/terms/b/bioremediation.asp
4. https://microbiologysociety.org/blog/bioremediation-the-pollution-solution.html
5. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780128000212000017
6. https://microbewiki.kenyon.edu/index.php/Bioremediación