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BIORREMEDIACIÓN

"Biotecnología para limpiar nuestro planeta"

 

 

 

 

 

La biorremediación significa dar remedio y es un proceso basado en soluciones de la Naturaleza (SbN), que se utiliza para tratar los medios contaminados, incluido el agua, el suelo y el material del subsuelo, mediante la alteración de las condiciones ambientales para estimular el crecimiento de microorganismos y degradar los contaminantes objetivo.

El suelo es una capa delgada que alberga una cuarta parte de la biodiversidad de nuestro planeta. La formación del suelo es muy lenta, ya que se necesitan miles de años para crear solo unos pocos centímetros. Por tanto, a escala humana, el suelo es un recurso no renovable.

Los suelos se están degradando drásticamente a nivel europeo y mundial, como se describe en el Informe sobre el estado del medio ambiente 2020 de la Agencia Europea de Medio Ambiente, el Informe Especial del IPCC sobre Cambio Climático y Tierras y el Informe de Evaluación de IPBES sobre Degradación y Restauración de Tierras.

La erosión, la pérdida de materia orgánica, la compactación, la contaminación, el sellado, la salinización, los deslizamientos de tierra y la desertificación tienen impactos negativos en la salud humana, los ecosistemas naturales y el clima, así como en nuestra economía.

La degradación de la tierra y el suelo tiene efectos globales como las emisiones de CO2 del carbono orgánico del suelo y la pérdida de biodiversidad. Perjudica la calidad a través de contaminantes y sedimentos en las cuencas fluviales transfronterizas, lo que repercute en la seguridad alimentaria.

Una menor disposición de suelo saludable para la agricultura deriva en una dependencia de las importaciones al reducirse la capacidad de producción de productos alimenticios comercializados en el mercado interior. Esto amenaza también la seguridad alimentaria.

La mala gestión de la tierra, como la deforestación, el pastoreo excesivo, las prácticas agrícolas y forestales insostenibles, las actividades de construcción y el sellado del suelo, así como la contaminación por emisiones industriales, la deposición del aire o los contaminantes presentes en los fertilizantes o lodos de depuradora aplicados al suelo, se encuentran entre las principales causas de esta situación.

La Agencia Europea de Medio Ambiente concluyó que la falta de un marco político integral y coherente para proteger la tierra y el suelo es la brecha clave que reduce la efectividad de los incentivos y medidas existentes y puede limitar la capacidad de Europa para lograr objetivos futuros. Si no se toman medidas adicionales, existe un alto riesgo de que la UE no cumpla con su Pacto Verde y sus objetivos internacionales. Mientras tanto, la tierra y el suelo siguen sufriendo una grave degradación en la UE.

 

¿Porqué es importante biorremediar?

«La degradación del suelo representa una gran amenaza para la seguridad alimentaria mundial y cada año, alrededor de 12 millones de hectáreas de tierras de cultivo se pierden por la erosión del suelo» .

«El suelo es un recurso natural que hay que proteger y conservar para el futuro, como sumidero de carbono y como soporte de las plantas que crecen sobre él, además de por su función su capacidad para mantener la biodiversidad, y de producir alimentos que puedan sustentar a la creciente población mundial».

En los suelos encontramos la cuarta parte de la biodiversidad y son el principal reservorio de carbono. Su conservación está ligada a nuestra propia existencia. Actualmente se calcula que el 50% de la superficie de suelos a perdido su capacidad de retención de Carbono. Esta cifra se ha alcanzado debido al uso masivo de fertilización química en los últimos años que ha empobrecido una gran superficie de suelo agrícola.

¿Porque es importante la biorremediación de los suelos?, porque se necesita devolverles su capacidad de retención de Carbono y para ello se necesitan más «suelos vivos».

El Gobierno Francés está muy sensibilizado con esta problemática y está decidido a revertirlo, para ello a hecho un llamamiento para aumentar en al menos un 0,4%  cada año esta capacidad de retención del Carbono del suelo. Si cada país adoptara este objetivo, se podría llegar a fijar hasta un 75% de las emisiones de gases de efecto invernadero.

El ciclo del Carbono a funcionado en equilibrio durante miles de años, ahora necesitamos volver a equilibrarlo pero no podemos esperar a que se re-establezca de forma natural ya que llevaría bastante tiempo, un tiempo que no tenemos para revertir el cambio climático, y por lo tanto tenemos que acelerar el proceso. Aquí es donde juega su papel la biorremediación.

Lo increíble es que para llegar a la consecución de este objetivo, no se necesita invertir grandes cantidades en tecnología, ya que la BIOrremediación es una solución basada en la propia naturaleza.

El título de este video de la organización SOIL SOLUTIONS «La solución al cambio climático esta justo debajo de nuestros pies», es bastante clarividente.

 

Biorremediación

bio =v ida, remediación = arreglo o remediación.

Como su nombre indica consiste en el arreglo del ambiente con seres vivos, más estrictamente hablando, se refiere a los procesos de degradación de contaminantes o transformación de ambientes contaminados terrestres y acuáticos, con el uso de organismos vivos o sus derivados que no representen peligro para el humano o al ambiente” (Garbisu, Amézaga, & Alkorta, 2002).

La biorremediación se utiliza para reducir el impacto de los subproductos creados a partir de actividades antropogénicas, como la industrialización y los procesos agrícolas. Su objetivo final es eliminar o reducir los compuestos dañinos para mejorar la calidad del suelo y el agua. En el caso concreto del sector agrario,  el mayor problema es la acumulación de estiércoles que suponen un alto coste ambiental.

Los principales contaminantes presentes en el suelo son los metales pesados (34,8%), aceites minerales (23,8%), y los hidrocarburos (policiclicos aromáticos y clorados) entre un 8,3 y un 10,9%.

La biorrecuperación en suelos contaminados puede llevarse a cabo In-Situ, es decir en el propio lugar contaminado, donde normalmente se realizan operaciones de  excavando en el terreno ; o Ex-Situ en instalaciones aparte. La elección de uno u otro lugar, dependerá de la valoración de una serie de variables y de características del sitio o del contaminante a tratar.

Algunas técnicas de biorremediación son Landfarming, fitorremediación,  bioventilación,  bioatenuación, biocombustión, biodegradación, compostaje o vermicompostaje.

Estas biotecnologías consisten en utilizar consorcios de microorganismos degradadores  (bacterias) para reparar el subsuelo. Esta técnica es especialmente efectiva en el tratamiento de contaminantes orgánicos, incluido el petróleo. Las bacterias serán las encargadas de eliminar las sustancias químicas dañinas pero es necesario que el suelo y las aguas tratadas tengan la temperatura, los nutrientes y la cantidad de oxígeno apropiados. Estas condiciones permitirán que los microorganismos crezcan, se multipliquen y asimilen más contaminantes. Por ello, es importante un diseño adecuado del sistema, previo a su implementación in situ.

En la planificación para la recuperación de suelos contaminados se utilizan varias estrategias dependiendo de los tipos de contaminantes a eliminar, por ejemplo se puede utilizar la estrategia de landfarming primeramente, después una estrategia de compostaje y/o vermicompostaje, y finalmente una estreategia de fitorremediación. Esto es lo que se llama actuación en cadena.

Para ello se pueden utilizar técnicas de bioestimulación (inyectar al subsuelo líquidos o gases que estimulen la proliferación de los microorganismos autóctonos) o bioaumentación (inyectar bacterias que degradan los contaminantes).

Por ejemplo, para el tratamiento de suelos contaminados por pesticidas, metales pesados o hidrocarburos, se construyen con su tierra las llamadas biopilas o ecopilas (similares a las pilas usadas para el vermicompostaje); para la eliminación de hidrocarburos empleando la fitorremediación (utilización de plantas) combinada con bioventilación y bioestimulación. Con estas técnicas se pretende que la colonia de microorganismos presentes en las pilas, puedan degradar el contaminante objetivo en el menor plazo posible.

Otro ejemplo podría ser el tratamiento de aguas contaminadas donde se emplean técnicas bioeléctricas para la eliminación de pesticidas e hidrocarburos.

Con estas técnicas sostenibles se necesita bastante tiempo en completar la descontaminación de grandes superficies de suelo o de grandes cantidades  de agua. Es por ello que universidades y centros de investigación, como es el caso de la Universidad de Burgos (UBU) que a través de su programa GREENER, están llevando a cabo pruebas a escala piloto en el laboratorio (200g de suelo), para la optimización de estos procesos con técnicas basadas en la naturaleza.

El objetivo es que a medida que se van consiguiendo en el laboratorio resultados, escalar estas técnicas a casos reales. Es en este punto donde el proyecto Humus-Spain puede jugar su papel poniendo en práctica estas técnicas en las instalaciones donde ya se estén llevando a cabo procesos de compostaje.

En estas instalaciones se ponen en práctica técnicas para acelerar el proceso de descontaminación. Para ello se recurre al uso de la lombriz roja que forma relaciones simbióticas con los micro-organismos para alimentarse y mejorar la estructura del sustrato (vermirremediación). También se puede usar biochar, biosulfantantes, hongos o microalgas (microrremediación).

 

 

Conoce cómo se recupera el suelo de la mina e Aznalcollar con materia orgánica

 
 
Biorremediación vs método industrial

La  biorremediación con Materia Orgánica (MO) es la estrategia más sostenible para la descontaminación de suelos y se diferencia de otras técnicas industriales en que crea condiciones en el suelo capaces de capturar CO2 y que este no escape a la atmósfera (Fijación de Carbono). 

Mientras que los tratamientos físicos y buena parte de los químicos están basados en transferir la contaminación entre medios gaseoso, líquido y sólido, en la biorremediación se transfiere poca contaminación de un medio a otro. Es una tecnología poco invasiva y generalmente no requiere componentes estructurales o mecánicos que signifiquen una amenaza para el medio. Comparativamente, es económica viable y al tratarse de un proceso natural, suele tener aceptación por parte de la opinión pública.

De acuerdo con la Agencia Europea de Medio Ambiente, los metales pesados, como el cadmio (Cd), el plomo (Pb), el mercurio (Hg) y el arsénico (As), son el tipo de contaminante más frecuente en los suelos europeos. Estas sustancias son difíciles de tratar ya que tienen la particularidad de no ser degradables, como ocurre con los compuestos orgánicos, y además la capacidad del suelo para retenerlas agrava la situación, provocando que, incluso muchos años después del cese de la actividad minera o industrial, el contaminante persista en el suelo.

Además la solución industrial sólo actúa como remediador «puntual» para resolver el problema mediante la eliminación de los contaminantes objetivos, en cambio la biorremediación actúa de manera «definitiva» aportando materia orgánica y estructurando el suelo.

Esto encaja con el acuerdo vigente Real Decreto 9/2005, sobre que las técnicas de recuperación de suelos seleccionadas “deben garantizar que materializan soluciones permanentes, priorizando, en la medida de lo posible, las técnicas de tratamiento in situ que eviten la generación, traslado y eliminación de residuos”.

A esto hay que añadir que los métodos industriales necesitan una cantidad de energía por un prolongado periodo de tiempo, lo que en ocasiones los hace insostenibles económica y ambientalmente. Es por ello que una estrategia combinada de bio+industrial sea más efectiva y económica.

Esta estrategia combinada es necesaria cuando se requiere que el suelo tenga unas determinadas características como pH, aireación, presencia de patógenos o estructura, condiciones que sólo se pueden conseguir con un tratamiento a base de MO.

 

 

 

 

 

 

 

Vermirremediación

Es la remediación de suelos contaminados mediante el uso del humus que se obtiene del biocompostaje de residuo agrario por la acción de la lobriz roja californiana (Aisenia Fetida). Estas lombrices forman asociaciones simbióticas con la microflora presente en el sustrato, que unido  a su gran capacidad de ingesta, les convierte en los seres vivos con mayor capacidad para regenerar suelos.

Darwin ya mencionó la importancia de estos seres vivos para la vida en nuestro planeta a los que llamó «los soldados de la tierra».

Realizan acciones muy importantes porque no solamente intervienen en la transformación de residuos orgánicos -a través de su ingesta y en simbiosis con su microflora- en un sustrato más estabilizado sino que, mediante sus movimientos y desplazamientos, forman galerías en el suelo que ayudan a la infiltración, a la aireación y a la generación de micro-hábitats para otros organismos. En otras palabras, las lombrices ayudan a la estructura y a la fertilidad del suelo y contribuyen de forma trascendente con los denominados “servicios ecosistémicos”.

 

Conoce porqué el compost puede ayudar a salvar el mundo

 

 

Biodegradación

Es otra estrategia «basada en la naturaleza» para biorremediar suelos. Es la estrategia que usa la propia naturaleza y forma parte del ciclo natural de la vida. Cuando los organismos vegetales y animales mueren, los microorganismos presentes en todo el entorno se alimentan de la materia orgánica mediante procesos de biodegradación natural y liberan agua y dióxido de carbono a la atmósfera, cerrando así el ciclo.

En la naturaleza, los materiales son biodegradables a diferentes a ritmos dependiendo de su relación de Carbono y Nitrógeno (C/N). Sin embargo para evitar su acumulación se necesita acelerar este proceso natural. Para ello se utilizan bacterias, hongos, protozoos, enzimas, plantas y otros organismos capaces de digerir, asimilar y metabolizar compuestos orgánicos eliminando compuestos nocivos.

Los entornos en los que la biodegradación puede ser acelerada  y en los que se puede gestionar industrialmente, son los del compostaje con presencia de oxigeno (aeróbica),  y la digestión en ausencia de oxigeno (anaeróbica).

Imitando y mejorando estos procesos naturales, los residuos orgánicos de las actividades humanas también pueden eliminarse mediante la biodegradación. Un claro ejemplo es el que lleva a cabo el grupo operativo AP-WASTE para la valorización del residuo del plástico agrario a través de su degradación con el uso de microorganismos y de insectos como el tenebrio Molitor o la mosca soldado, y de invertebrados como la lombriz roja californiana (Aisedia Fetida). De esta manera se reciclan en polímeros para volver a ser usados por la industria productora en un claro ejemplo de economía circular.

Los importantes avances metodológicos en la biodegradación microbiana llevados a cabo por este grupo operativo están permitiendo identificar a los organismos capaces de degradar plásticos y a que ritmo pueden hacerlo.

Más sobre  AP-WATE aquí.

 

 

Uso de compost para biorremediar

 

El suelo no es un recurso finito y su degradación no es reversible a corto plazo. La aportación de Materia Orgánica (MO) mejora las propiedades del suelo y la adaptación de los cultivos al cambio climático.

 

La península ibérica se encuentra en una latitud donde los efectos del cambio climático sobre el suelo van a ser muy acentuados. Nos encontramos una zona fundamentalmente semiárida, con una enorme fragilidad de recursos naturales importantísimos, como el agua y el suelo. Esto exige actuar ya.

Por otro lado, se estima que en España se generan unos 130 millones de toneladas de estiércoles y purines cada año (MARM, 2010; MAPA 2011).

Lo que propone el «proyecto circular Humus-Spain» es crear una sinergia entre estos dos extremos: por un lado, la degradación y desertificación del suelo y, por otro, el exceso de residuos orgánicos que, convenientemente tratados, pueden ser aprovechables como enmiendas orgánicas, para lograr estos tres objetivos:

Primer objetivo: fertilidad edáfica como fin para la sostenibilidad y funcionalidad de los suelos desde dos perspectivas fundamentales: medioambiental y agrícola.

Agrícola: mejorar su fertilidad, incidir en su biodiversidad microbiana y en su funcionalidad, aumentar su productividad, al tiempo que se reduce la eliminación no adecuada de los residuos orgánicos aportados (estiércoles). Conseguir este objetivo mediante el uso de enmiendas orgánicas de calidad y «a la carta», obtenidas mediante tratamientos adecuados, y basadas en residuos agroindustriales, que se producen en bastante cantidad. Esta valorización de residuos agroindustriales (se pueden incorporar también residuos orgánicos domésticos); se encuadra dentro de la dinámica e lo que hoy se conoce como economía circular.

(Ejemplo: en la instalaciones de la empresa Humus-Spain, se realizan pruebas de tratamiento de residuo de algas, para su incorporación a las pilas de compostaje).

Medioambiental: fijar carbono en el suelo,  incrementar los servicios ecosistémicos de los suelos, en concreto, su capacidad para fijar carbono orgánico de una forma aceptable para evitar que parte de ese carbono se pierda como CO2 a la atmósfera, minimizando así el efecto invernadero.

Segundo objetivo: lo que no se mide no se puede valorar, por lo tanto la medición de los resultados en suelos biorremediados es fundamental. Llegar a conocer cómo se comporta toda la biodiversidad microbiana del suelo en los distintos entornos, el comportamiento y posible manejo de los microorganismos del suelo, resultará clave, tanto en procesos de aporte de nutrientes a las plantas como en los de eliminar tóxicos del suelo, así como su papel en la propia productividad y fertilidad del suelo. El conocimiento de esos microorganismos y de su diversidad y funcionalidad, permitirá arbitrar soluciones de futuro en una agricultura sostenible, basada en la protección y conservación del suelo. (Agricultura de precisión).

Para una medición más precisa, se emplean nuevas herramientas analíticas para el estudio de la biodiversidad microbiana de suelos, con técnicas como la genómica, la proteómica y la metabolómica. Esto lo realizamos en acuerdo con la empresa Biome makers.

Tercer gran objetivo: trasferencia de conocimiento. Si no se conoce lo que se hace, no se existe, hay que hacer llegar a la sociedad los resultados que se están consiguiendo para la mejora de calidad de los suelos y por lo tanto de lo que comemos, se trata pues de seguridad alimentaría, un término que cada día gana una mayor relevancia.

Por otro lado, un mayor conocimiento por parte de la sociedad, ayuda a elevar su «concienciación medioambiental», lo que sin duda hará que aumente la repercusión de este tipo de proyectos.

De igual manera hay que crear sinergías con grupos de investigación en este campo con intercambio de conocimiento para así poder mejorar las estrategias que nos ayuden a llegar a una agricultura de precisión tan necesaria para poder aumentar la producción de alimentos sin degradar más superficie terrestre.

De igual manera comunicar al sector agrícola y a empresas de fertilizantes, la posibilidad de recurrir a fuentes de materia orgánica que económicamente son viables y que van a hacer que mejore la productividad del suelo.

 

Eisenia fetida agentes para biorremediar

A la lombriz Roja Californiana (Eisedia fetida) se la conoce como los «ingenieros del suelo» debido a su gran capacidad para transformar su estructura. Sólo hay que observar la gran capacidad de procesado que tienen estos seres en un espacio reducido y oscuro como lo es una compostera para reciclar residuo doméstico.

El uso de la propia lombriz roja como biotecnología para recuperar suelos es una alternativa de biorremediación de suelos muy efectiva y menos costosa que los medios industriales. Su uso puede realizarse junto con el aporte del propio humus en estado sólido o líquido. con ello se consigue una mayor eficiencia y una mejor estructura del suelo.

Esto ha quedado demostrado en los lugares donde esta estrategia a sido empleada. Por ejemplo en biorremediación de un suelo con altos contenidos en metales pesados, el uso combinado de humus y lombriz consiguió reducir en un 40% la presencia de estos metales: https://www.inderscienceonline.com/

Especialmente importante y «famoso» es el caso de la biorremediación de «The Kimbriki Recycling and Waste Disposal Center outside Sydney, Australia».

Puedes acceder a esta colección de imágenes de este caso de remediación aqui: The Kimbriki Recycling and Waste Disposal Center.

 

Tecnosuelos

“La fabricación de suelos de alto valor a partir de materiales de desecho ofrece oportunidades internacionales en términos de seguridad alimentaria, secuestro de carbono y  economía circular.

Para la elaboración de los tecnosuelos o «suelos a la carta»  se llevan a cabo procesos de mezcla y compostaje de un conjunto de residuos que pueden provenir de la construcción-demolición, restos agrarios diversos, lodos de depuradoras de aguas residuales urbanas e industriales, y muchos otros, que en las debidas proporciones y una vez comprobada su inocuidad para el medio ambiente, sirven como substrato para vegetación tanto en cultivos agrícolas, hortícolas y jardinería, así como para restaurar terrenos degradados por la actividad humana: minería, canteras, graveras, terrenos industriales y contaminados abandonados, etc.

La estructura edáfica resultante servirá de modelo base para replicar a gran escala tecnosuelos y aplicarlos en la recuperación de ecosistemas en zonas degradadas.

Cada año en todo el planeta se generan entre 7.000 y 10.000 millones de toneladas de residuos, incluyendo industriales, urbanos, de construcción y agrícolas. La gestión de estos desechos se ha convertido en uno de los mayores problemas ambientales, de salud y económicos del mundo y los gobiernos legislan para impulsar el reciclaje de este ingente volumen de residuos.

Los tecnosuelos se postulan como una de las posibles soluciones,

En esta noticia es un claro ejemplo:

‘Tecnosuelos’: cuando los residuos imitan a la naturaleza

Real Decreto 9/2005, de 14 de enero, por el que se establece la relación de actividades potencialmente contaminantes del suelo y los criterios y estándares para la declaración de suelos contaminados.

Como se define suelo contaminado:

Aquel cuyas características han sido alteradas negativamente por la presencia de componentes químicos de carácter peligroso de origen humano, en concentración tal que comporte un riesgo inaceptable para la salud humana o el medio ambiente, y así se haya declarado mediante resolución expresa.

Articulo 1

Este Real Decreto tiene por objeto establecer una relación de actividades susceptibles de causar contaminación en el suelo, así como adoptar criterios y estándares para la declaración de suelos contaminados.

Artículo 7.3

La recuperación de un suelo contaminado se llevará a cabo aplicando las mejores técnicas disponibles en función de las características de cada caso. Las actuaciones de recuperación deben garantizar que materializan soluciones permanentes, priorizando, en la medida de lo posible, las técnicas de tratamiento in situ que eviten la generación, traslado y eliminación de residuos.

Accede aquí la guía técnica de aplicación del RD 9/2005

 

Proyecto de remediación y remediación voluntaria

El Proyecto de remediación se plasma en un documento técnico que determina la metodología de restauración ambiental, su forma de aplicación en función de las características del emplazamiento, los objetivos de reparación, así como los controles y seguimientos a realizar durante el proceso.

Adicionalmente en España también existe el “Proyecto de Remediación Voluntaria”, recogida en el artículo 38 de la Ley 22/2011 del 29 de Julio, que permite ejecutar de forma voluntaria la recuperación del suelo sin contar con una declaración previa de contaminación de dicho emplazamiento. Para ello, se remite a la administración competente un proyecto de recuperación voluntaria y se acredita después la limpieza del lugar.

 

La biorremediación y los Objetivos de Desarrollo Sostenibles

La adopción de los 17 Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) por los 193 países miembros de la ONU en 2015, contribuyó a la definición de soluciones integradas para hacer frente a los principales desafíos globales para proteger el planeta y asegurar un futuro sostenible.

La degradación del suelo representa uno de los principales retos que se reconocen tanto a nivel europeo como mundial, y muchos de los ODS hacen referencia a la conservación y protección de la tierra y el suelo. Dado que el suelo se considera un recurso no renovable, su mantenimiento sanitario es esencial para promover las funciones básicas de suministro de nutrientes esenciales, agua, oxígeno y el crecimiento de las plantas. Esto está relacionado con el ODS 15.

Unos suelos equilibrados en Materia Orgánica tienen una mayor capacidad de secuestrar carbono que no se escapa a la atmósfera en forma de CO2. Esto está relacionado con el ODS 13.

Unos suelos sanos equivale a unas plantaciones y por lo tanto a un mayor suministro mundial de alimentos, y esto está relacionado con el ODS 2.

 

 

 

sobre cómo el compost y la Materia Orgánica ayudan a la biorremediación

A continuación, pequeñas pildoras en forma de video sobre cómo el compost y la Materia Orgánica ayudan a la biorremediación de los suelos. Estos ejemplos se presentaron en la última edición de CONDEGRES (Marzo de 2021).

El congreso  CONDEGRES –Simposio Nacional sobre Control de la Degradación y Recuperación de Suelos- es un evento promovido por la Sociedad Española de la Ciencia del Suelo (SECS). En su IX edición, está organizado por el Dpto. de Agroquímica y Medio Ambiente de la Universidad Miguel Hernández de Elche.

El simposio se centra en los aspectos asociados a la degradación de suelos, con énfasis en los ambientes mediterráneos, y la propuesta de soluciones para revertir estas situaciones.

 

Efectos sobre la composición bacteriana del empleo de suelo transicional y compost como enmiendas en depósitos de lodos de flotación de la Sierra Minera de Cartagena-La Unión.

Trabajo realizado por: Y. Risueño, C. Petri, M.N. González-Alcaraz, B. Rojas, H.M. Conesa.

Efectos de enmiendas tipo compost y biochar en la composición bacteriana de suelos mineros.

Efectos iniciales de dos enmiendas orgánicas sobre las propiedades químicas y las emisiones

Trabajo realizado por: R. Soria, N. Rodríguez-Berbel, P.E. Peralta, R. Ortega, I. Miralles

Evaluación de una restauración con enmiendas orgánicas a corto medio plazo.

Trabajo realizado por: N. Rodríguez-Berbel, R. Soria, R. Ortega, I. Miralles

Glosario de términos:

Suelos contaminados

Todo aquél cuyas características físicas, químicas o biológicas han sido alteradas negativamente por la presencia de componentes de carácter peligroso de origen humano, en concentración tal y con 25 un riesgo para la salud humana o el medio ambiente, de acuerdo con los criterios y estándares que se determinen por el gobierno.

Crecimiento microbiano

Crecimiento microbiano: “La amplificación o multiplicación de microorganismos tales como bacteria, algas, diatomeas, plancton y hongos.” (Environmental Protection Agency “EPA”, 2012).

Bacterias Degradadoras de Hidrocarburos: “Se les da este nombre a ciertas bacterias que poseen la capacidad de usar el carbono de los Hidrocarburos como fuente de energía. Estas degradan los Hidrocarburos en sustancias químicas no contaminantes.”(Cosmos Online, 2016).

Biodegradación de Hidrocarburos: se define como la capacidad de los agentes biológicos de remover los hidrocarburos presentes en un lugar contaminado con estos.”(López, 2012)

Bioestimulación

En este sistema, el agua subterránea es conducida a la superficie por medio de un sistema de pozos de extracción, se acondiciona en un reactor para volverla a inyectar y estimular la degradación bacteriana de los contaminantes del subsuelo y del acuífero. En el reactor en superficie se agregan al agua: nutrientes, oxígeno, microorganismos previamente seleccionados y adaptados, y el efluente se retorna al subsuelo por medio de pozos de inyección, aspersores superficiales o galerías de infiltración distribuidas a lo largo y ancho del sitio que se requiere remediar. 27 Algunas veces esta técnica utiliza biosurfactantes para ayudar al lavado de contaminantes del suelo. Los suelos deben ser lo más homogéneos posible, con un valor de porosidad y permeabilidad al aire adecuado (> 10 -10cm2). Deben existir unas condiciones óptimas de pH (6 y 8), de humedad (12-30% en peso), temperatura entre 0 y 40 ºC y los nutrientes del suelo en relación N:P de 10:1.

Ventajas

Esta técnica es muy útil en el tratamiento de extensas zonas contaminadas de centros industriales donde no es posible o conveniente parar el proceso operativo para realizar el tratamiento requerido. (CUNNINGHAM, 2000).

Bioventilación

Consiste en suministrar aire al terreno contaminado para promover la actividad de los microorganismos presentes en el subsuelo y biodegradar los hidrocarburos. Para diseñar estos sistemas es necesario conocer la permeabilidad del suelo a los gases, con el fin de determinar el radio de influencia de los pozos de venteo, la distancia entre pozos y las dimensiones de los equipos de inyección. Una característica determinante en la selección de esta técnica es el tipo de contaminante, puesto que es de mayor efectividad donde los contaminantes tienen baja volatilidad. Además se deben tener en cuenta las características físicas del suelo, la profundidad de la zona contaminada y el potencial para transportar contaminantes fuera de la zona.

Ventajas.

No requiere área adicional para llevar a cabo el tratamiento, ni el uso de maquinaria pesada.  Desventajas. El tamaño de la población de microorganismos degradadores crece rápidamente como respuesta a la contaminación del medio y es muy difícil, si no imposible, incrementar la población microbiana más allá de esos valores.

Bioaumentación

Otras líneas de investigación han llevado a la introducción de microorganismos aclimatados o incluso modificados genéticamente en el medio, con el fin de mejorar la biodegradación. Esta técnica funciona en condiciones de laboratorio o biorreactor, pero en ambientes externos (suelo o agua) su implantación depende de una serie de factores. Presencia de toxinas, nutrientes y condiciones ambientales, movilidad y/o distribución de los microorganismos y la presencia de abundante materia orgánica. Los microorganismos añadidos deben sobrevivir a los depredadores y competir con éxito con la población autóctona antes de ocupar los nichos potenciales. En general, los ambientes más selectivos y la utilización de consorcios microbianos favorecen la bioaumentación.

 

Landfarming

 

Esta es la técnica más usada para la Biorremediación de los lodos contaminados con hidrocarburos y de otros desechos de la industria petrolera. Esta técnica consiste en excavar los suelos contaminados, extenderlos sobre un área suficientemente amplia y estimular las variables de incidencia en el proceso para promover la actividad de los microorganismos encargados de degradar los hidrocarburos. Antes de extender el suelo contaminado se deben adecuar las condiciones de la superficie para controlar los lixiviados y las aguas lluvias. En áreas de riesgo de contaminación de acuíferos, se debe impermeabilizar la zona de tratamiento con sellos de arcilla o geomembranas para evitar el arrastre de hidrocarburos solubles de las lluvias hacia las aguas subterráneas. Una vez extendido el suelo contaminado se irriga con las soluciones de nutrientes, los microorganismos y los aditivos químicos en el caso que sean necesarios. Periódicamente se debe airear el suelo para suministrarle oxígeno, con la ayuda de tractores y retroexcavadoras (aireación mecánica) o sistemas de inyección de aire comprimido. Para empezar el procedimiento, se hace una búsqueda y selección de bacterias nativas aisladas de las muestras de suelos que se encuentran contaminados, ya que estas tienen la capacidad catabólica para crecer bajo las condiciones físico-químicas y de estrés a las que están sometidas, y tendrán un mejor desempeño a la hora de la Biorremediación.

Ventajas.

Es económico con respecto a otras técnicas de Biorremediación. Es un proceso considerado de bajo nivel tecnológico que no requiere exigentes consideraciones de ingeniería, y a la vez permite una fácil manipulación y control de las variables de diseño y operación.

Desventajas.

Requiere grandes extensiones de terreno para disposición de suelos y no es viable si no se cuenta con suficiente área. Cuando los contaminantes son hidrocarburos livianos la remediación puede ser acelerada por su volatilización, lo cual generaría problemas con las autoridades ambientales donde las regulaciones de emisiones atmosféricas son exigentes. Cuando la contaminación es profunda los costos de excavación y movimiento de tierras pueden ser altos

Biopilas

 

La técnica conocida como bioceldas o biopilas es un tratamiento de biorrecuperación en condiciones no saturadas, que consiste en la reducción de la concentración de contaminantes derivados del petróleo en suelos excavados mediante el uso de la biodegradación a partir de la construcción de un sistema cerrado que permita controlar lixiviados, hidrocarburos volátiles y algunas variables de diseño mediante el suministro de nutrientes y oxígeno a través de la pila del suelo. La técnica consiste en la formación de pilas de material biodegradable de dimensiones variables, formadas por suelo contaminado y materia orgánica (compost) en condiciones favorables para el desarrollo de los procesos de biodegradación de los contaminantes. En el fondo de la pila el 30 sistema cuenta con un aislante que generalmente son geomembranas o canales plásticos para el control de lixiviados. Estas pilas de compost pueden ser aireadas de forma activa, volteando la pila, o bien de forma pasiva, mediante tubos perforados de aireación, con distribución permanente de nutrientes, microorganismos y aire. En principio, las biopilas se pueden aplicar a la mayoría de los compuestos orgánicos, siendo más eficaz en los compuestos de carácter más ligero. Necesidad de una densidad de poblaciones microbianas (>1.000CFU/gramo de suelo), condiciones de humedad (40 a 85% de capacidad decampo), temperatura (10 a 45ºC), textura (baja proporción de arcillas), pH del suelo adecuadas (6 a 8) y baja presencia de metales pesados (< 2.500ppm). La concentración de nutrientes en el suelo cuyo rango normal de C:N:P sea de 100:10:1.

Ventajas.

Esta técnica es muy eficiente en el tratamiento de residuos con bajas concentraciones de hidrocarburos. Por ser un sistema cerrado permite un mayor control de las variables del proceso, como el control de condiciones climatológicas adversas (baja temperatura o alto régimen pluviométrico). Cuando no se dispone de espacio suficiente para extender el suelo, este sistema permite construir pilas de suelo cuatro o cinco veces más altas que en una disposición sobre el suelo (ocupa diez veces menos área).

Desventajas.

Si en el proceso se generan gases o vapores de hidrocarburos volátiles regulados por la autoridad ambiental, o las condiciones climatológicas de la zona pueden afectar negativamente la eficiencia del proceso, la pila del suelo se debe cubrir con membranas o poner techo de forma similar a los invernaderos. Los vapores generados en el proceso se deben colectar y tratar antes de ser emitidos a la atmósfera. Lo que incurre a costos adicionales. 31 Como todos los tratamientos “Ex Situ”, cuando la contaminación es muy profunda, el movimiento de tierra puede requerir costos más altos. Los hidrocarburos deben ser no halogenados y deben encontrarse en el suelo en concentraciones menores a 50.000 ppm. Dada la necesidad de excavación y posterior depósito del suelo contaminado, se requiere una superficie de trabajo relativamente grande cuyas dimensiones dependen del volumen de suelo a tratar. 

Biorreactor

El procedimiento consiste en excavar el suelo contaminado y luego introducirlo en un reactor añadiendo nutrientes, agua, y los cultivos microbianos adecuados para que se lleve a cabo la degradación. Se mezcla bien y se airea la suspensión hasta que las transformaciones de los compuestos seleccionados para su eliminación alcanzan el nivel deseado. A continuación se detienen el mezclado y la aireación, y se deja a los sólidos separarse de los fluidos por sedimentación. El sedimento es retirado y, si la transformación ha tenido éxito, el suelo se devuelve a su lugar de origen, mientras que los líquidos se tratan como aguas residuales. El suministro de oxígeno puede realizarse mediante aireación difusa, turbina difusora y aireación superficial. La tasa de transferencia de oxígeno necesaria es función de la tasa de degradación de los compuestos orgánicos y de la tasa de crecimiento microbiano. Su determinación no es fácil de hacer, sin embargo, las tasas de transferencia disminuyen al aumentar la concentración de sólidos suspendidos. El mezclado y el suministro de nutrientes también son fundamentales, ya que por el primero se incrementa el contacto entre los microorganismos y los componentes contaminantes, dando como resultado un incremento de las velocidades de transferencia de masa y de reacción. Los nutrientes normalmente optimizan la biorrecuperación por favorecer el crecimiento de los microorganismos. Por otro lado, el mezclado y la aireación ayudan a romper los flóculos de tierra y a disolver los contaminantes. (Mishra, 2001).

Ventajas.

En comparación con otros procesos de tratamiento, los reactores vía suspensión proporcionan el mayor contacto entre los contaminantes, los microorganismos, el oxígeno, el agua y los nutrientes. La capacidad de controlar los sistemas del tratamiento vía suspensión es mucho mayor y por tanto puede ser la tecnología más efectiva. Es más rápido y requiere menos superficie que otros sistemas. El tratamiento vía suspensión puede aplicarse en particular a los suelos contaminados con residuos oleosos de consistencia alquitranada.

Desventajas. Debido al energético mezclado y a la aireación forzada se favorece el escape de emisiones de aire, por ello la suspensión no es una buena elección para suelos donde los compuestos volátiles sean mayoría. Esta técnica demanda mayor cantidad de dinero a comparación de otras técnicas de biodegradación.

Fitorremediación

Constituye una variación de las técnicas de Biorremediación, que se basa en el uso de plantas verdes y los microorganismos asociados a ellas así como las enmiendas del suelo y técnicas agronómicas dirigidas a liberar, contener, o transformar en compuestos inocuos a los contaminantes del suelo. Inicialmente, el término de fitorremediación se asoció al uso de plantas capaces de bioconcentrar niveles inusuales de metales en sus tejidos. La mayor parte de ellas están constituidas por pequeñas plantas herbáceas que se desarrollan en zonas metalúrgicas naturales o en depósitos. La fitorremediación comprende tanto los procesos dirigidos a liberar el contaminante de la matriz del suelo (descontaminación), como los encargados de secuestrarlos endicha matriz (estabilización).