Biorremediación: Definición, tipos y ejemplos

Definición de biorremediación

Cuando los contaminantes contaminan los entornos naturales, la biorremediación describe el proceso dirigido en el que se utilizan organismos vivos para eliminar, transformar y limpiar los desechos tóxicos. La biorremediación involucra principalmente bacterias, pero algunas plantas, algas y hongos también son capaces de biorremediar. La biorremediación se define como un proceso biológico en el que los organismos vivos remedian o remedian los contaminantes. La razón por la que la biorremediación es posible es porque estos organismos transforman, degradan, secuestran o metabolizan materiales tóxicos en materiales menos tóxicos o no tóxicos.

Limitaciones de la biorremediación

Aunque la biorremediación puede parecer la solución perfecta para limpiar la contaminación ambiental, tiene sus limitaciones. Hay muchos factores a tener en cuenta en las limpiezas de biorremediación. Algunas limitaciones de la biorremediación incluyen:

• La biorremediación solo funciona si hay organismos que puedan neutralizar o degradar toxinas o contaminantes como parte de sus procesos metabólicos naturales.
• Las condiciones ambientales o de nutrientes pueden limitar el crecimiento de organismos biorremediadores.
• Cada limpieza debe ser personalizada porque no existe un método estandarizado universal para limpiar todos los sitios de desechos tóxicos.
• A veces se requiere más de un organismo, lo que puede dificultar la biorremediación.
• La biorremediación no es un proceso rápido y lleva mucho tiempo, desde meses hasta años.

Tipos de estrategias de biorremediación

Existen numerosos tipos de métodos de biorremediación que pueden utilizarse en lugares contaminados. Las estrategias de biorremediación son variadas y dependen de múltiples factores, entre ellos las condiciones ambientales, el tipo de contaminante, la ubicación del contaminante y las necesidades de nutrientes y crecimiento del organismo biorremediado. La mayoría de los organismos biorremediados son bacterias. Algunos tipos de plantas y hongos también pueden ser capaces de biorremediar. A menudo, la biorremediación implica que varios tipos de organismos trabajen juntos.

Con la biorremediación in situ, se nutren o introducen organismos en el sitio de contaminación específico. Con la biorremediación ex situ, el sitio de contaminación se altera, excava o mueve intencionalmente de alguna manera. Tanto la biorremediación in situ como la ex situ se analizarán con más detalle más adelante en esta lección.

Remediación bacteriana

La bacteriorremediación, más comúnmente llamada biorremediación microbiana, es un método de biorremediación muy común y conocido. La biorremediación microbiana utiliza bacterias para limpiar contaminantes ambientales e implica nutrir las bacterias ya presentes en el sitio de la contaminación (atenuación natural) o introducir nuevas bacterias en el sitio (bioaumentación). Las bacterias son capaces de transformar, degradar y eliminar una variedad de contaminantes orgánicos e inorgánicos como metales pesados, hidrocarburos y residuos de pesticidas mediante la liberación de enzimas, sustancias químicas y procesos metabólicos. También pueden trabajar en conjunto con otras bacterias, plantas, algas u hongos.

Fitorremediación

La fitorremediación es un proceso de biorremediación en el que las plantas eliminan contaminantes ambientales, generalmente en cooperación con otros organismos, como bacterias y hongos, para limpiar los sitios contaminados. Los métodos de fitorremediación incluyen la fitoestabilización, la fitodegradación y la fitoextracción. Las plantas liberan sustancias químicas naturales que anulan los contaminantes en la fitoestabilización y enzimas que degradan los contaminantes en la fitodegradación. Las plantas también tienen requisitos nutricionales de metales como el hierro y el cobre y pueden absorber y almacenar metales tóxicos no esenciales como el mercurio, el arsénico y el plomo en sus hojas, raíces o brotes en la fitoextracción. Dado que las plantas son fotosintéticas y generan su propia energía a partir de la luz solar, su función en la biorremediación tiende a ser más limitada que la de los organismos heterotróficos.

Micorreduría

Los métodos de biorremediación que utilizan hongos, incluidos los hongos, para eliminar contaminantes del medio ambiente se denominan micorremediación. Los hongos crean un sistema subterráneo en forma de red llamado micelio que puede acceder fácilmente a los contaminantes del suelo. Los métodos mediante los cuales los hongos eliminan contaminantes del medio ambiente incluyen la biodegradación, donde los contaminantes se degradan químicamente en partes más elementales, y la bioabsorción, donde los metales pesados ​​son absorbidos por los cuerpos de los hongos y se acumulan. Los contaminantes también se pueden convertir en diferentes componentes menos tóxicos o no tóxicos en la bioconversión. Al igual que las plantas, los hongos producen sustancias químicas y enzimas para degradar o anular las toxinas ambientales.

Factores para la biorremediación

Dado que la biorremediación involucra organismos vivos, son necesarios varios factores para que tenga éxito. Algunos de estos factores incluyen:

• Población microbiana: los biorremediadores bacterianos necesitan ayuda humana para alcanzar y mantener una población suficiente para remediar los contaminantes ambientales. Las bacterias tienen requisitos específicos de nutrientes, humedad y pH para crecer. Fomentar el crecimiento microbiano agregando nutrientes, agua o modificando el pH del suelo se denomina bioestimulación.
• Temperatura: Si el suelo está demasiado frío, los organismos pueden no poder crecer o sus enzimas pueden no funcionar de manera eficaz a bajas temperaturas. Por ejemplo, puede ser necesario desenterrarlo en una remediación ex situ y exponerlo a condiciones de aire superficial más cálidas o calentarlo.
• Niveles de oxígeno: Los ambientes contaminados pueden ser anaeróbicos (sin oxígeno) y algunos microorganismos son aerobios, lo que significa que requieren oxígeno como parte de sus procesos metabólicos. Otros ambientes pueden ser aerobios (con oxígeno) y algunos microorganismos son anaeróbicos, lo que significa que sus procesos metabólicos requieren la falta de oxígeno para crecer. Para remediar estos problemas, se puede desenterrar el suelo para exponerlo al oxígeno atmosférico o se pueden trasladar los contaminantes a un contenedor anaeróbico.
• Biodisponibilidad: La capacidad de los organismos de biorremediación para acceder y utilizar biológicamente los contaminantes ambientales se denomina biodisponibilidad. El tipo de suelo, incluida su textura, tamaño y densidad de poros, temperatura, pH, presencia o ausencia de oxígeno y contenido de materia orgánica pueden afectar la biodisponibilidad de los contaminantes. Si los contaminantes están muy concentrados en el medio ambiente, también puede resultar difícil que los organismos los utilicen.

Ejemplos de biorremediación

Algunos ejemplos específicos de biorremediación de técnicas in situ y ex situ incluyen bioventilación, biodestilación, biosorbencia, barrera reactiva permeable, biopila, hilera, biorreactor y agricultura de la tierra.

• Bioventilación: Técnica in situ en la que se inserta oxígeno en el suelo por encima del nivel freático en zonas no saturadas para estimular el crecimiento microbiano.
• Biosparaging: Una técnica in situ donde se inserta oxígeno en el suelo debajo del nivel freático en zonas saturadas para estimular el crecimiento microbiano.
• Bioslurping: Una técnica in situ donde se agrega oxígeno y se eliminan los contaminantes insolubles de la zona de contaminación para estimular el crecimiento microbiano.
• Barrera reactiva permeable (PRB): técnica in situ para limpiar aguas subterráneas. En este método, se inserta en el sitio contaminado un material que elimina o secuestra contaminantes para crear una pared porosa por la que debe filtrarse el agua. En la biorremediación, las PMB implican barreras orgánicas con microorganismos.
• Biopila: técnica ex situ en la que se extrae el suelo profundo y se lo lleva a la superficie. Al desenterrar el suelo, este queda expuesto al oxígeno y es más fácil agregar nutrientes para estimular el crecimiento microbiano.
• Hilera: técnica ex situ en la que se remueve periódicamente el suelo para mezclarlo e introducir oxígeno. También se puede añadir agua a la hilera.
• Biorreactor: Una técnica ex situ donde los contaminantes se trasladan a un contenedor y se biorremedian allí.
• Agricultura en tierra: Técnica ex situ en la que se mezclan y cultivan suelos contaminados y no contaminados mientras se añaden nutrientes para alimentar a los microorganismos.

Resumen de la lección

Los metales pesados ​​y los contaminantes tóxicos provenientes de la industria, la agricultura y el petróleo son un problema importante para el medio ambiente. La biorremediación describe una forma asequible y ecológica de eliminar contaminantes del medio ambiente utilizando organismos vivos. Cuando se utilizan plantas para eliminar contaminantes del medio ambiente, el proceso se denomina fitorremediación. Cuando se utilizan hongos para eliminar contaminantes del medio ambiente, el proceso se denomina micorremediación. Cuando se utilizan bacterias para eliminar contaminantes del medio ambiente, el proceso se denomina remediación microbiana o bacteriorremediación. Las bacterias son un actor importante en la biorremediación y muchos procesos de biorremediación involucran bacterias. A menudo, las bacterias, los hongos y las plantas trabajan juntos para eliminar, transformar y secuestrar contaminantes del medio ambiente durante la biorremediación.

Los contaminantes ambientales pueden incluir metales pesados, hidrocarburos, plásticos, desechos biológicos y sustancias químicas orgánicas. Se pueden introducir organismos en el lugar de la contaminación o se les pueden proporcionar nutrientes adicionales, humedad y otros factores necesarios para proliferar y crecer. Algunas formas en que los organismos vivos eliminan los contaminantes del medio ambiente incluyen la degradación por enzimas, que ayudan a los organismos a metabolizar los contaminantes, la neutralización de los contaminantes por sustancias químicas producidas naturalmente y la transformación de los contaminantes en productos no tóxicos o menos tóxicos. Las plantas y los hongos también pueden absorber metales pesados ​​en sus cuerpos y secuestrarlos del medio ambiente. Los seres humanos han desarrollado varios métodos para ayudar a nutrir y estimular el crecimiento de los organismos de biorremediación. Los métodos en el sitio se denominan biorremediación in situ, mientras que los métodos que alteran significativamente el sitio de contaminación o mueven los contaminantes fuera del sitio se denominan biorremediación ex situ.