Biorremediación

Archiu:Bioremediation at INL.jpg

Biorremediación

Archiu:Exxon Valdez Oil Spill (13266806523).jpg

El derrame de petròleu del Exxon-Valdez va ser un dels primers desastres en que es va usar la bioremediación.

Biorremediación es diu a qualsevol procés biotecnológico que utilisa microorganismes, fongos, plantas o les enzimas derivades d'ells per a recuperar un mig ambient alterat per contaminants a la seua condició natural. Este aprofitament de les capacitats catabólicas dels sers vius, en la seua majoria són microorganismes, és lo que es denomina biorremediación i la primera referència a este terme data de 1930, quan Tausz i Donath introduïxen l'idea. La biorremediación pot ser usada en els diferents composts de la matèria. Un eixemple d'un tractament més generalisat és el de la neteja de derrames de petròleu per mig de l'adició de fertilisants en nitrats o sulfats per a estimular la reproducció de bactèries natives o exógenas (introduïdes) i d'esta forma facilitar la descomposició del petròleu cru. L'us de la biorremediación com a estratègia presenta numeroses ventages respecte a les estratègies de remediación d'índole químiques o físiques. Entre les ventages a enumerar segons l'Agència de Protecció Ambiental d'Estats Units (EPA) (2004) es troben:

• No produïx rebujos significatius en cantitat i, en general, tampoc en la seua toxicitat
• És una ferramenta en poca demanda d'energia
• És en comparació, més econòmica que totes les atres estratègies possibles
• Pot funcionar com a complement d'atres tècniques, o secuencialmente a elles
• Causa un destorbament mínim en el lloc d'operació
• Resulta en operacions senzilles i de baixos requeriments

No obstant, cal mencionar que l'us d'estratègies de biorremediación generalment conduïx a periodos de tractament molt més prolongats que els de índole fisicoquímica. Ademés, a través de l'us de sistemes biològics, no es conseguix un removiment complet del contaminant sino que sempre hi ha una fracció recalcitrante que no és degradada en el procés. Pese a estos factors, la biorremediación és sense dubte l'estratègia més atractiva pel seu baix cost, a ser amigable en el mig ambient i a l'interessant relació cost/beneficie que presenta per a la recuperació de passius ambientals, aumentant significativament la factibilidad de desenrollar-la.

Ademés de l'utilisació exclusiva de microorganismes, cal agregar la possibilitat de l'ocupació de plantes (fitorremediación) i els microorganismes associats al seu rizósfera (rizorremediación). Ademés del seu rol directe en la degradació de components orgànics, l'us de plantes presenta la doble ventaja de millorar la microflora rizosférica a través dels seus exsudats i micorrizas, i favorir la degradació aeròbica per part de la flora microbiana del sol, gràcies a l'increment en la concentració d'oxigen que genera en la zona radicular.

Una atra alternativa de biorremediación que ha anat en ascens en els últims anys és l'utilisació de compostage en residus orgànics. L'utilisació de compost o esmenes orgàniques a un sol contaminat en derivats del petròleu accelera la degradació microbiana de composts orgànics xenobióticos, resultant en una estratègia de cost mòdic que a la seua volta brega en la problemàtica actual de la generació i tractament de residus.^{cita requerida}

Independentment del método a utilisar per a eliminar la contaminació d'un sol, hi ha una miríade de factors que influïxen sobre l'eficiència final i els costs d'un procés de biorremediación. Entre eixos factors es destaquen: i) les característiques fisicoquímica del sol, incloent la seua composició, cantitat de nutrients, biodisponibilidad d'oxigen, contingut d'humitat; ii) la cantitat de sol a tractar, ya que grans cantitats generalment carregen un requeriment d'infraestructura o llogística molt demandant, que encarixen la seua realisació; iii) les característiques del contaminant (tant estructura química i concentració inicial com el valor final al que es vol aplegar) ya que la duració del tractament i el seu factibilidad dependran en bona part de la capacitat de ser degradat pels organismes habitants del sol.^{cita requerida}

Estratègies de biorremediación

Bioestimulación

Dins de les estratègies de biorremediación, la bioestimulación és la més freqüentment utilisada, i la que ha reportat millors resultats i eficiència en el removiment d'hidrocarburs derivats del petròleu en sols. En essència, la bioestimulación busca aprofitar les capacitats catabólicas de la comunitat de microorganismes ya habitants del sol, en adequar els factors ambientals que resulten limitantes per al desenroll microbiano i la degradació del contaminant. En general,  els factors més incidents sobre els quals sol indagar la bioestimulación, involucren la disponibilitat de macronutrientes (nitrogen i fòsfor), per lo que generalment es vincula a la bioestimulación en la fertilisació o l'agregat d'estos macroelementos al sol. Si be la concentració de N i P, i per això l'optimisació de la relació C:N:P en sol, han  segut habitualment referenciadas com les principals variables que afecten el removiment d'hidrocarburs quan s'implementen estratègies de bioestimulación, també hi ha casos en els que atres característiques necessiten ser estudiades. Entre elles es pot mencionar al contingut d'aigua en el sol (humitat), el pH, la disponibilitat d'oxigen i la temperatura.

Bioaumento

El bioaumento per la seua banda, consistix en l'inoculació de la matriu contaminada en microorganismes, o grup de microorganismes (consorcis), que posseïxen la capacitat catabólica de degradar parcial o totalment el contaminant present en dita matriu.^{cita requerida} Sol aplicar-se quan la velocitat de degradació del contaminant en la matriu sense inocular no és suficient per a que es remoga en temps convenients.

L'utilitat i eficiència de l'us del bioaumento com a método de biorremediación és controversial. Moltes voltes, el microorganisme o grup de microorganismes que es inoculan, no conseguixen establir-se en la matriu contaminada, i no són detectables després d'un cert temps de tractament. Açò és degut principalment a que la microflora present en el sol ya es troba adaptada a les particulars condicions ambientals i interaccions biològiques presents en dit sol, i no permet que els microorganismes inoculados s'establixquen en el sol. Per un atre costat, d'acort a la bibliografia, en la majoria dels casos l'utilisació de bioaumento com a tècnica de biorremediación sol presentar resultats menys satisfactoris que els obtinguts en bioestimulación. En alguns casos, esta dificultat se supera per mig de l'adequació de variables (bioaumento + bioestimulación), mentres que en uns atres se solen usar ceps que presenten la capacitat de producció de surfactantes, en lo que es busca aumentar la biodisponibilidad dels hidrocarburs per al restant de la comunitat microbiana. És el cas, per eixemple, d'alguns membres del gènero Rhodococcus, que produïxen biosurfactantes que permaneixen adherits a la membrana o a la paret celular, favorint la degradació de composts orgànics.

Adició de surfactantes

En molts casos, per més que el sol disponga d'un número i calitat adequada de microorganismes per a portar a terme la remediación, i que les variables fisicoquímica aixina com les cantitats de nutrients del sol siguen les adequades, els contaminants no són remoguts de manera significativa. Açò sol passar quan el contaminant es troba estretament lligat a les partícules de sol, reduint el seu biodisponibilidad. L'adició de surfactantes és utilisada com una solució a este problema, degut a que el seu caràcter anfifílico reduïx la tensió superficial de l'aigua i els composts acuosos, favorix la formació d'micela i aumenta la movilitat dels composts orgànics hidrófobos. D'esta forma, ajuden a solubilizar els contaminants, acreixent la seua disponibilitat per a la comunitat bacteriana i aumentant la seua taxa de degradació.

Fitorremediación

Archiu:Fitorremediación esquema.png

Esquema dels distints tipos de fitorremediación

La fitorremediación és la descontaminación dels sols, la depuració de les aigües residuals o la neteja de l'aire interior, usant vegetals, ya siguen plantes vasculars, o algues (ficorremediación). També s'inclou als fongos (micorremediación), i per extensió als ecosistemes que contenen estes plantes. La fitorremediación és un conjunt de tecnologies que utilisen les plantes per a reduir, degradar o immovilisar composts orgànics contaminants (naturals o sintètics), de la terra, del aigua o de l'aire i que provenen de les activitats humanes. Esta tècnica també pot tractar la contaminació per composts inorgànics (metals pesats o radioisòtops) a través de processos com la quimiadorción de metals pesats per mig de la celulosa present en les plantes.

Les plantes i els seus organismes rizosféricos (associats a la zona de la raïl) es poden usar per a fitorremediación de diferents maneres. Existixen diferents métodos de fitorremediación que s'agrupen en dos conjunts, depenent si s'utilisen com a mig de concentració (rizofiltración, fitoestabilización i fitoinmovilización) o com a mig d'eliminació (fitodegradación, fitoextracción i fitovolatilización).

Ventages

La fitorremediación ha guanyat popularitat en els últims 10 anys. Esta es basa en part en el seu cost relativament baix. Degut a que els processos biològics són en última instància impulsats pel sol, la fitorremediación és en promig dèu voltes més barata que els métodos basats en ingenieria (com l'excavació del sol). El fet de que la fitorremediación generalment es porta a terme in situ contribuïx a la seua rendabilitat i pot reduir l'exposició del substrat contaminat als humans, la vida selvada i el mig ambient. La fitorremediación també goja de popularitat entre el públic en general com una alternativa "ecològica" a les plantes químiques i les excavadores.

Encara que la fitorremediación té ventages, també llimitacions. Les plantes que medien la neteja deuen estar a on està el contaminant i deuen poder actuar sobre ell. Per lo tant, les propietats del sol, el nivell de toxicitat i el clima deurien permetre el creiximent de les plantes. La fitorremediación també està llimitada per la profunditat de la raïl, perque les plantes tenen que poder alcançar el contaminant.

Una forma d'optimisar els recursos és l'utilisació de la biomassa ya morta i polvorisada per al tractament d'aigües contamines en metals pesats.

Métodos amprats en fitorremediación

Fitoestabilización

La fitoestabilización permet immovilisar contaminants en el sol a través de la seua absorció i acumulació en les raïls o be, per precipitació en la zona de la rizosfera. Este procés reduïx la movilitat dels contaminants i evita la seua migració a les aigües subterrànees o a l'aire. La fitoestabilización és efectiva en sols de textura fina en alt contingut de matèria orgànica. S'aplica principalment en terrenys extensos en a on existix contaminació superficial. Esta tecnologia té com a ventages, sobre atres métodos de remediación de sols, que és de menor cost, fàcil d'aplicar i estèticament agradable. Algunes plantes amprades en fins de fitoestabilización són: Hyparrhenia hirta (Pb); Zygophyllum fabago (Zn); Lupinus albus (Cd, As); Anthyllis vulneraria (Zn, Pb, Cd); Deschampsia cespitosa (Pb, Cd, Zn); Cardaminopsis arenenca (Cd, Zn); Hordeum vulgare, Lupinus angustifolius i Secale cereale (As); Lolium multiflorum i Lolium arundinaceum (Pb, Zn); i Brassica juncea (Cd, Zn, Cu, Mn, Fe, Pb). Eichhornia crassipes és una planta invasora i utilisada en processos de fitoestabilización en resultats viabilizados.

Fitoextracción

La fitoextracción o fitoacumulación consistix en l'absorció de metals contaminants per mig de les raïls de les plantes i la seua acumulació en tallos i fulls. El primer pas per a l'aplicació d'esta tècnica és la selecció de les espècies de planta més adequada per als metals presents i les característiques de l'emplaçament. Una volta completat el desenroll vegetatiu de la planta, el següent pas és tallar-les i procedir a la seua incineració i trasllat de les cendres a un abocador de seguritat. La fitoacumulación es pot repetir ilimitadamente fins que la concentració remanente de metals en el sol estiga dins dels llímits considerats com a acceptables (depenent de la llegislació vigent en eixa locación). Algunes plantes amprades per a esta tècnica fitocorrectiva són: Thlaspi caerulescens (Cd); Sedum alfredii, Viola baoshanensis i Vetiveria zizanioides (Zn, Cd, Pb); Alyssum murale, Trifolium nigriscens, Psychotria douarrei, Geissois pruinosa, Homalium guillainii, Hybanthus floribundus, Sebertia acuminata, Stackhousia tryonii, Pimelea leptospermoides, Aeollanthus biformifolius i Haumaniastrum robertii (Ni); Brassica juncea, Helianthus annuus , Sesbania drummondii (Pb); Brassica napus (Cu, Pb, Zn); i Pistia stratiotes (Ag, Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, Zn).^{cita requerida}

Rizofiltración

La rizofiltración utilisa plantes per a eliminar d'un mig hídric contaminants a través de la raïl. En la rizofiltración estes plantes es cultiven de manera hidropónica. Quan el sistema radicular està ben desenrollat, les plantes s'introduïxen en l'aigua contaminada en metals, i les raïls els absorbixen i acumulen. A mida que les raïls es van saturant, les plantes es cullen i es elmininan per al seu us final. Existix una gran cantitat d'estudis relacionats en la capacitat d'acumulació de contaminants de diverses plantes aquàtiques, alguns eixemples d'elles són: Scirpus lacustris (Cd, Cu, Pb, Mg, Fe, Es, Cr), Lemna gibba (Pb, As, Cu, Cd, Ni, Cr, Al, Fe, Zn, Mn), Azolla caroliniana (Hg, Cr Sr, Cu, Cd, Zn, Ni, Pb, Au, Pt), Elatine trianda (As), Wolffia papulifera (Cd), Polygonum punctatum (Cu, Cd, Pb, Es, As, Hg, Cr, Mn) i Myriophylhum aquaticum, Ludwigina palustris i Mentha aquatica (Cu, Zn, Mn, Fe, Ni).^{cita requerida}

Fitovolatilización

La fitovolatilización es produïx a mida que els arbres i atres plantes en creiximent absorbixen aigua junt en contaminants orgànics i inorgànics. Alguns d'estos poden aplegar fins als fulls i evaporar-se o volatilizarse en l'atmòsfera. Per mig d'este procés s'han eliminat contaminants com: composts orgànics volàtils (benceno, nitrobenceno, tolueno, etilbenceno i xileno), Arsènic, Seleni i Mercurio. Les plantes Salicornia bigelovii, Brassica juncea, Astragalus bisulcatus i Chara canescens s'han amprat per a la remediación de llocs contaminats en S'i Arabidopsis thaliana per al Hg .^{cita requerida}

Fitoestimulación

En la fitoestimulación, les raïls de les plantes estimulen als microorganismes presents en la zona a tractar, i estos degraden els contaminants.^{cita requerida}

Fitodegradación

En la fitodegradación les plantes, i els microorganismes associats a elles, degraden els contaminants orgànics en productes inofensius o be, mineralizarlos fins a CO₂ i H₂O. En este procés els contaminants són metabolizados dins dels teixits vegetals, i les plantes produïxen enzimes com la deshalogenasa i l'oxigenasa, que ajuden a catalizar la degradació. La fitodegradación s'ha amprat per al removiment d'explosius com el trinitrotolueno (TNT), hidrocarburs halogenados, Bisfenol A, Hidrocarburs aromàtics policíclics (PAHs) i pesticidas organoclorados i organofosforados.^{cita requerida}