¿Qué es la biorremediación?
Las actividades humanas alteran el equilibrio natural del medio ambiente, contaminando el agua y el suelo con sustancias que ponen en peligro su integridad. Sin embargo, en muchos casos, el daño causado puede revertirse o mitigarse. Es aquí donde entra en juego la biología y el uso de la tecnología, aplicando técnicas de biorremediación. Pero, ¿qué es la biorremediación? La biorremediación es el uso de microorganismos para eliminar o neutralizar sustancias peligrosas del agua y el suelo contaminados. Los microorganismos utilizados incluyen bacterias y hongos, que viven de forma natural en el medio ambiente. La biorremediación estimula el crecimiento de ciertos microorganismos que utilizan los contaminantes como fuente de alimento y energía. Algunos contaminantes que se tratan con biorremediación son el petróleo y algunos derivados, disolventes y pesticidas.
La importancia de la biorremediación radica en que la aplicación de estas técnicas permite reducir o eliminar residuos potencialmente peligrosos que se encuentran en el medio ambiente, por lo que es posible reutilizar el suelo o el agua que alguna vez estuvo contaminada.
¿Cómo funciona la Biorremediación?
La mayoría de los microorganismos son capaces de descomponer sustancias contaminantes tradicionales como azúcares, nutrientes, proteínas y grasas. Estas sustancias no suelen tener moléculas complejas, por lo que son fáciles de degradar. Pero otros microorganismos son capaces de degradar sustancias más complejas como hidrocarburos, pesticidas, TNT (dinamita), uranio y metales pesados. Los microorganismos que degradan estas sustancias se encuentran en una amplia gama de entornos. Estos microorganismos absorben y digieren estos contaminantes y generalmente los convierten en pequeñas cantidades de agua y gases inofensivos como dióxido de carbono y metano. Si las fuentes de suelo y agua no tienen los microorganismos necesarios en cantidad suficiente, se pueden agregar a través de un proceso llamado bioaumentación. Se entiende por bioaumentación la introducción de especies de microorganismos que ayudan a la biodegradación de contaminantes presentes en el suelo o el agua.
Para que la biorremediación sea efectiva, se requiere una temperatura, nutrientes y alimentos específicos. Estas condiciones permiten que los microorganismos indicados crezcan, se multipliquen y absorban más contaminantes. Sin las condiciones adecuadas, los microorganismos crecen demasiado lentamente o mueren y no limpian los contaminantes.
Los microorganismos pueden tardar meses o años en biorremediar un sitio contaminado. El tiempo total transcurrido depende de varios factores como la concentración de las sustancias contaminantes, la extensión total de la superficie, la temperatura, los nutrientes, la población microbiana presente en el sitio o si la biorremediación tuvo que ser ex situ. Estos microorganismos suelen morir una vez finalizado este proceso, ya que se elimina el contaminante que les sirve de alimento. Para garantizar que se está llevando a cabo la biorremediación, se toman muestras de suelo y agua periódicamente para medir el progreso alcanzado.
Biorremediación ex situ: Definición, técnicas y ejemplos
Ejemplos de biorremediación
Uno de los casos más sonados de contaminación de los mares fue la explosión de la plataforma petrolífera Deepwater Horizon en el Golfo de México en 2010. En este desastre se derramaron más de 790.000 toneladas de petróleo y los daños ocasionados se extendieron desde las costas estadounidenses hasta Centroamérica. Para reparar los daños se aplicaron unos 7 millones de litros de dispersantes químicos inyectándolos en la zona. Inicialmente, el objetivo era dispersar el petróleo mientras aún estaba en profundidad para que los barcos que intentaban contener el derrame pudieran hacerlo de forma más efectiva y evitar que el vertido llegara a la costa. Sin embargo, análisis posteriores de la nube de petróleo creada por los dispersantes mostraron que tenía concentraciones más bajas de O2 (oxígeno) y NO2 (dióxido de nitrógeno) y concentraciones más altas de NH3 (amoniaco), lo que indicaba que el petróleo estaba sufriendo actividad bacteriana. Durante el análisis se vio que, efectivamente, la densidad bacteriana era mayor en la nube. Se encontraron 951 subfamilias bacterianas, de las cuales 16 se piensa que están relacionadas con la degradación exclusiva del petróleo. Al final, estas bacterias fueron las responsables de ayudar a limpiar el desastre y limitar la dispersión de este contaminante. Este fue un ejemplo de que la biorremediación puede realizarse a gran escala.
Otro ejemplo de biorremediación es el que se llevó a cabo en Gujarat, India, en 2008. En ese lugar, se rompió una tubería de petróleo crudo, lo que provocó un derrame. Se detuvo el bombeo de crudo y se llamó a una empresa especializada en biorremediación. Decidieron hacer una biorremediación ex situ, por lo que se excavaron 14.694 m3 de suelo contaminado con petróleo y se transportaron a tanques de biorremediación. El suelo contaminado se mezcló con suelo fértil agrícola y se aplicó un consorcio bacteriano degradador de petróleo crudo. Después de 4 meses, el porcentaje de petróleo en el suelo era del 0,58%. El suelo de biorremediación se utilizó posteriormente para el desarrollo de cinturones verdes (construcción de parques y áreas abiertas).
Entornos naturales vs. entornos artificiales en biorremediación
Cuando un sitio está contaminado, la biorremediación puede ocurrir de manera natural por los microorganismos que están presentes en el ambiente. Como se mencionó en las secciones anteriores, para que esto suceda se deben dar las condiciones adecuadas y debe haber una población adecuada de microorganismos. Estas condiciones se pueden mejorar agregando aditivos. Los aditivos pueden ser elementos domésticos, como melaza y aceite vegetal, fertilizantes o aire y productos químicos que producen oxígeno. Los aditivos generalmente se agregan al área contaminada para tratar el suelo y el agua in situ (en el lugar). Sin embargo, no siempre se pueden lograr las condiciones necesarias para la biorremediación. En algunos lugares, el clima puede ser demasiado frío para que los microorganismos estén activos o el suelo puede ser demasiado denso para permitir que los aditivos se dispersen de manera uniforme por todo el subsuelo.
En estos casos, los científicos, o quien esté a cargo del proceso de biorremediación, pueden excavar la tierra para tratarla en la superficie en pilas o en tanques. Una vez allí, la tierra puede calentarse, removerse o mezclarse con aditivos para mejorar las condiciones. En ocasiones, al mezclar el suelo, los contaminantes pueden evaporarse antes de que los microorganismos puedan absorberlos. Para evitar que los vapores contaminen el aire, se puede mezclar el suelo en un tanque o estructura especial donde se pueden recolectar y tratar.
Para limpiar el agua contaminada in situ se hacen pozos para bombear parte del agua a tanques, donde se mezcla con aditivos y luego se bombea de regreso. Los microorganismos ayudan a biorremediar el agua contaminada. El agua contaminada también puede bombearse a un biorreactor para ser tratada ex situ (fuera del lugar donde se produjo la contaminación). Los biorreactores son tanques donde se mezcla el agua con microorganismos y aditivos para tratarla. Dependiendo del sitio, el agua tratada puede devolverse a su fuente, verterse en canales superficiales o enviarse al sistema de alcantarillado municipal.
Proceso de Biorremediación in situ: desafíos y técnicas
El proceso de biorremediación natural puede ser lento. En estos casos, los científicos pueden esperar a que este proceso ocurra de forma natural sin importar cuánto tiempo tarde, o pueden acelerar la actividad microbiana. Esto se puede hacer añadiendo más nutrientes, para estimular el crecimiento y la actividad de las poblaciones de microorganismos. También, cuando la concentración de microorganismos es baja o se busca reducir el tiempo de biorremediación, se pueden cultivar colonias de ellos en el laboratorio para posteriormente introducirlos en la zona tratada.
Resumen de la lección
La biorremediación es una técnica biológica para eliminar o neutralizar sustancias peligrosas del suelo o el agua contaminados. Los microorganismos como las bacterias y los hongos utilizan estos contaminantes como fuentes de alimento o energía y los transforman en agua o gases inofensivos como el dióxido de carbono o el metano. Este proceso puede realizarse en el lugar (in situ) o fuera del lugar donde se produjo la contaminación (ex situ). La biorremediación se produce de forma natural cuando están presentes los microorganismos que consumen las sustancias peligrosas, pero el proceso puede ser lento. Los científicos pueden potenciar la biorremediación con técnicas como la bioaumentación, utilizando microorganismos cultivados en laboratorios o añadiendo aditivos como nutrientes al suelo o al agua tratados para estimular el crecimiento y la actividad microbiana. El proceso de biorremediación tiene múltiples ventajas, como que no requiere el uso de productos químicos, tiene un coste y un uso de energía menores que otros métodos y la ausencia de subproductos nocivos.
La biorremediación se ha utilizado para solucionar diferentes desastres ambientales, como el derrame de petróleo en la plataforma Deepwater Horizon en 2010, demostrando que esta técnica puede aplicarse a eventos de pequeña y gran escala. Además del petróleo, la biorremediación también puede tratar suelos y aguas contaminadas con pesticidas, metales pesados y solventes.
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