La rápida expansión y la sofisticación creciente dediferentes sectores industriales, fundamentalmente en losúltimos treinta años, se ha traducido en un incremento dela cantidad y la complejidad de residuos tóxicos. Al mismotiempo, se ha ido desarrollando una conciencia social deeste peligro que lentamente va forzando el establecimientode legislación para reducir la producción de residuos con-taminantes y prevenir el escape de los mismos al mediocircundante. Algunos accidentes que han supuesto un ele-vado impacto ambiental como el vertido de combustibledel Exxon Valdez, la liberación de productos radiactivostras el accidente de la central nuclear de Chernobil, larotura de la presa de Aznalcóllar o la reciente catástrofeecológica producida por el vertido del petrolero Prestigefrente a las costas gallegas, han puesto de manifiesto la justificada preocupación y alarma que estos temas suscitanen el conjunto de la población y lo mucho que queda por hacer para prevenir o resolver adecuadamente ese tipo de situaciones.
los procesos de degradaciónbiológica ya que son útiles para muchos tipos de residuosorgánicos, son procesos naturales que no suponen unimpacto adicional sobre los ecosistemas y que se puedenrealizar a un bajo coste. En muchos casos, pueden llevarsea cabo en el sitio donde se ha producido la contaminación,con lo cual se elimina la necesidad de transportar materia-les peligrosos. Los tratamientos de biodescontaminaciónse basan en la acción de microorganismos o plantas sobrelos productos contaminantes.El resultado final de un tratamiento de biodegrada-ción depende en gran medida de la toxicidad y la concen-tración inicial de los contaminantes, su biodegradabilidad,las propiedades del suelo contaminado y el sistema de tratamiento seleccionado.
Los contaminantes tratados habitualmente por estosmétodos son los compuestos orgánicos volátiles y semivo-látiles no halogenados y los derivados del petróleo. Cuan-do la contaminación incluye altas concentraciones de me-tales, compuestos orgánicos con alta proporción de cloro osales inorgánicas, la eficacia del tratamiento se reducedebido a la toxicidad microbiológica de estos compuestos.
El proceso biológico para tratar los compuestos tóxicos, debe competir con los métodosexistentes en términos de economía y eficiencia. Los pro-cesos biológicos tienen las ventajas de requerir inversionesde capital moderadas, bajo consumo de energía, ser am-bientalmente seguros y no generar residuos. El tratamiento de recuperación biológica fue yaensayado a gran escala, con motivo de la contaminaciónpor petróleo ocasionada por el vertido al mar del buquepetrolero Exxon Valdez. Algunos microorganismos puedenutilizar derivados del petróleo como fuente de carbonoy muchos de ellos producen surfactantes, que puedenemulsionar los aceites en el agua y facilitar su eliminación.Adiferencia de los surfactantes químicos, los de origenmicrobiológico son inocuos y biodegradables. También sehan utilizado, en ocasiones, fertilizantes para incrementar la tasa de crecimiento de las poblaciones autóctonas capa-ces de degradar compuestos derivados del petróleo.
Técnicas para tratamiento de emplazamientoscontaminados
La recuperación de un espacio contaminado puedeabordarse mediante diferentes estrategias :
confinamiento
limpieza
estrategia de respuesta
El confinamiento tiene como finalidad el aisla-miento de la fuente contaminante, evitando la salida delíquidos (lixiviados), polvo o gases; es decir controlando ladispersión de la contaminación. Es el tratamiento que seaplica habitualmente en el caso de contaminaciones provocadas por los vertederos incontrolados de residuosindustriales. Las medidas que incluye generalmente estetipo de actuación son: recubrimiento, revegetación, controlde aguas de escorrentía superficial y control de lixiviados y aguas subterráneas.
La limpieza
incluye la aplicación de una o variastecnologías para eliminar los contaminantes del suelo. Sedistinguen tres tipos de tratamiento:
1) tratamiento in situ
del suelo contaminado,
2) excavación del emplazamientocontaminado, retirada del suelo afectado y tratamiento
ex situ del mismo y
3) excavación, retirada y depósito envertedero controlado. En el primer caso, la contaminaciónse trata en el lugar en el que se ha producido y en elsegundo caso hay que proceder a una excavación del suelocontaminado o a un bombeo del agua contaminada antesde proceder a su tratamiento. En general, el tratamiento in situ es menos costoso y permite que se utilice el espa-cio durante el mismo, por lo que se aplica cada vez conmás frecuencia a pesar de que habitualmente requiere lar-gos períodos de tiempo.
La estrategia de respuesta es un tratamiento a largoplazo que incluye actuaciones diversas y modificablesen función de una primera evaluación de la situación y dela evolución de la misma durante el tratamiento.
Se sueleelegir, cuando las aguas subterráneas ya se han contami-nado. Las aguas contaminadas pueden tratarse mediante:
a) extracción por bombeo seguida de tratamiento en elpropio emplazamiento,por técnicas convencionales aplica-bles a aguas residuales industriales,
b) tratamiento in situ mediante muros de tratamiento y
c) dilución o desvío de lacontaminación, mediante inyección de agua limpia utili-zando sistemas de pozos.
Los métodos existentes para tratar los suelos conta-minados pueden ser de naturaleza física, química o bioló-gica y tanto unos como otros pueden aplicarse en el lugar de la contaminación o como tratamiento
ex situ.
a continuación , se incluye una clasificación de las diferentes téc-nicas empleadas, agrupadas según su naturaleza y la formade aplicación.
1.Tratamientos
in situ
–
Fisicoquímicos:
a)Extracción con vapor b)Lavadoc)Solidificación y estabilizaciónd)Separación electrocinética –
Biológicos:
a)Biodescontaminaciónb)Fitodescontaminación
2.Tratamientos
ex situ
–
Térmicos:
a)Desorción térmicab)Incineración –
Fisicoquímicos:
a)Extracción con disolventesb)Lavadoc)Oxido-reducciónd)Deshalogenación químicae)Solidificación y estabilización –
Biológicos:
a)Laboreo agrícolab)Biopilasc)Biodegradación en reactor.
El tratamiento biológico
mediante plantas (fitodes-contaminación) implica el uso de vegetales superiores pararetirar,contener,acumularodegradarloscontaminantesambientalesdelsuelo,aguassubterráneas,aguassuperficia-les,sedimentosyaire.
Estadefiniciónse aplicaatodoslosprocesosbiológicos,químicosyfísicossobrelosquepuedeninfluirlasplantas(incluyendolarizosferaconhongos)yqueayudanenlalimpiezadeespacioscontaminados.Lasplantaspuedenserusadasenladescontaminaciónaprovechandosucapacidaddemineralizardeterminadoscompuestostóxicosodeacumularyconcentrarmetalespe-sadosyotroscompuestosinorgánicosdelsuelo.
.El tratamiento microbiológico
de espacios contaminados, que es el que se va a abordar en mayor profundidaden este trabajo, se basa en la capacidad de diversos micro-organismos, ya sean levaduras, hongos o bacterias pararomper o degradar sustancias peligrosas convirtiéndolas enproductos menos tóxicos o inocuos.
Algunos microorganismos pueden metabolizar productos como combustibles o disolventes, que constituyenun riesgo para la salud humana y para los ecosistemas enlos que son vertidos. Una vez que los contaminantes sondegradados, la población microbiana decrece, al consumirse lo que constituía su fuente nutritiva.
El objetivo de las técnicas de re-cuperación biológica, es la creación de las condicionesambientales óptimas para que los micoorganismos se puedan desarrollar adecuadamente y provocar la máxima destoxificación. La tecnología específica empleada en cadacaso, depende del tipo de microorganismos de que se trate,de las condiciones del espacio contaminado y de la natu-raleza y cantidad de contaminante o contaminantes. Dis-tintos microorganismos degradan diferentes tipos de com-puestos y sobreviven en diferentes condiciones. Los microorganismos denominados endógenos, sonaquellos que se encuentran formando parte del ecosistemaque se pretende descontaminar. Para estimular el creci-miento de estos microorganismos y forzar la degradaciónde los contaminantes, puede que sea necesario establecer unas condiciones de temperatura, oxigenación y contenidode nutrientes determinadas.
Cuando en el ecosistema no esté presente la activi-dad biológica que se requiere para degradar la contamina-ción producida, pueden incorporarse microorganismos deotra procedencia como:
microorganismos exógenos.
Cuando esto sucede, hay que asegurarse de que lascondiciones de este nuevo emplazamiento permitirán eldesarrollo de la microflora incorporada.El tratamiento biológico del entorno contaminado,puede tener lugar en condiciones aerobias o anaerobias. En ambos casos, los productos intermedios que se forman como consecuencia del metabolismo microbiano, puedenser menos, igual o más contaminantes que los originales.
PROCESOS DE ATENUACION NATURAL.
La atenuación natural se puede describir como elconjunto de procesos físicos, químicos y biológicos, queespontáneamente ocurren en un espacio determinado, conposterioridad a la aparición de la contaminación en el mismo.
En condiciones favorables, la atenuación naturalreduce, sin la intervención humana, la masa, la toxicidad,la movilidad, el volumen o la concentración de contami-nantes en suelo o agua subterránea.
Este procesoincluye diversos mecanismos tales como dispersión, dilu-ción adsorción, volatilización, estabilización y transforma-ción o destrucción de contaminantes por vía química obiológica. En general, se puede considerar que en un pro-ceso de atenuación natural, intervienen o pueden intervenir los cinco grupos de mecanismos siguientes:
1. Biodegradación.
2. Transformación química
(por ejemplo, hidrólisisy deshalogenación). La tasa de transformaciónquímica depende de diferentes variables talescomo pH, temperatura y naturaleza del contami-nante.3.
Estabilización. Los contaminantes quedan quí-micamente ligados por un agente estabilizante(por ejemplo, arcilla y materiales húmicos) y sedificulta o impide su migración.
4. Volatilización. Puede contribuir al proceso deatenuación natural mediante transferencia de VOC (compuestos orgánicos volátiles) desde elagua subterránea hacia la zona de vadosa o laatmósfera pero es comparativamente un compo-nente menor de la atenuación natural.
5. Dispersión y dilución.
Asumiendo que la fuentede contaminación cesa, a medida que la plumade contaminante se mueve vertical y lateral-mente desde el punto inicial, se dispersa la con-taminación y disminuye la concentración delcontaminante.
Uno de los componentes más importantes de la ate-nuación natural es la biodegradación. Muchos de las frac-ciones de los hidrocarburos del petróleo, más significati-vas desde el punto de vista ambiental, tales como BTEX(benceno, tolueno, etilbenceno y xilenos) y algunos PAH(hidrocarburos policíclicos aromáticos) pueden ser degra-dadas en condiciones ambientales adecuadas. Sin embar-go, otros PAH, el MTBE (metil, terbutil éter, un aditivo dela gasolina) y diversos componentes de los hidrocarburosdel petróleo no son fácilmente biodegradables. En térmi-nos generales, los hidrocarburos del petróleo que son másmóviles en el ambiente (excepto el MTBE), son tambiénlos más fácilmente biodegradados. Una vez que los hidro-carburos más móviles son degradados, los hidrocarburosresiduales pueden suponer también un alto riesgo en losalrededores del área en los que permanecen.
Por lo tanto, hay querealizar un estudio previo para identificar los siguientesaspectos:
1.Las características del suelo, tales como tipo,conductividad hidráulica y contenido orgánico.2.Características del las aguas subterráneas, talescomo dirección, gradiente y velocidad de flujo,temperatura, pH y oxígeno disuelto, dentro yfuera de la pluma.3.Grado de contaminación vertical y horizontal enel suelo y el agua, comportamiento histórico dela pluma y capacidad de atenuación de la plumaen las condiciones del emplazamiento.4.Una revisión detallada de receptores y vías demigración, en el área geográfica del emplaza-miento.
TRATAMIENTOS BIOLOGICOS SITU DE SUELOS CONTAMINADOS
El tratamiento in situ no requiere excavar y retirar el suelo contaminado, por lo cual provoca menos libera-ción de polvo y contaminantes y permite descontaminar mayor volumen de suelo por tratamiento que las técnicas
ex situ.
En este caso, el propio suelo funciona como unreactor biológico. Tiene otros inconvenientes como mayor lentitud, dificultad de mantener las condiciones y depen-dencia del tipo de suelos, que deben ser permeables si sequiere asegurar un buen rendimiento del proceso.En este tipo de tratamiento se persigue la adecuadaoxigenación y aporte de nutrientes a los microorganismosdel suelo. Existen dos métodos para incorporar el oxígenoal suelo. Uno es la inyección directa de aire en el suelo queestá por encima de la capa freática y el otro consiste ensuministrar oxígeno en forma líquida como peróxido dehidrógeno. Aveces, estos tratamientos no dan los resulta-dos esperados, sobre todo si se trata de terrenos arcillososo subsuelos muy estratificados, ya que el oxígeno nopuede difundirse uniformemente en toda el área de trata-miento. Amenudo, las técnicas de tratamiento insitu requieren años para alcanzar los objetivos de descontami-nación fijados, dependiendo fundamentalmente de la bio-degradabilidad de los contaminantes de que se trate.
T
ratamiento biológico de aguas subterráneas
TRATAMIENTO . DE. AGUAS ,SUBTERRANEAS
Valoración de la biodisponibilidad
La biodisponibilidad de un compuesto orgánicopuede ser evaluada con dos perspectivas distintas, químicao biológica.
Aspectosbiológicosdelavaloracióndelabiodisponibilidad
Para que la biodegradación tenga lugar deben cum-plirse dos requisitos:1.El compuesto debe ser accesible al organismo uorganismos de que se trate.2.El compuesto como tal debe ser biodegradable.Obviamente,tantolabiodisponibilidadcomolabio-degradabilidadpuedenservaloradaspormétodosbiológi-cosyexisteunbuennúmerodeensayosestándarutilizandomicroorganismos. Estos métodos incluyen: mineralizaciónde análogos marcados con:
14 C hasta 14CO
2 (biodegrada-ción), determinación del efecto del contaminante sobre lademanda biológica de oxígeno (biodisponibilidad) o sobrelas variaciones de la remoción de carbono orgánicodisuelto (biodisponibilidad).Una técnica que se está introduciendo es la de labioluminiscencia que evalúa la biodisponibilidad, midiendo el impacto de los contaminantes sobre la actividad deorganismos luminiscentes. Puesto que la luminiscenciaestá ligada al funcionamiento de la cadena de transporteelectrónico del organismo en cuestión, es una medida de laactividad metabólica del mismo. Por tanto, una disminu-ción del metabolismo por la presencia de un contaminantetóxico, se traduce en una disminución de la bioluminiscencia.
Aspectos químicos de la valoración de la biodisponibilidad .
las técnicas de extracción en sue-los han tenido como objeto la determinación de la concen-tración de compuestos totales y, por tanto, se han aplicadométodos enérgicos como la extracción en Soxhlet. Sinembargo, a la luz del conocimiento sobre disponibilidad delos compuestos y su envejecimiento en el suelo, estosmétodos no son los adecuados para evaluar la cantidad deun compuesto que puede calificarse como biodisponible.
Química de los hidrocarburos del petróleo
El grupo de hidrocarburos del petróleo comprendeun gran número de compuestos que por definición seencuentran en el combustible crudo, así como en otrasfuentes combustibles como gas natural, carbón y turba.Existen tres grupos mayoritarios en los hidrocarburos delpetróleo: alcanos (parafinas), alquenos (olefinas) e hidro-carburos aromáticos.Las parafinas son uno de los principales constitu-yentes del crudo y se encuentran en los diferentes produc-tos refinados del petróleo: gasolina, queroseno, diesel.
Loshidrocarburosaromáticospuedenserdeunsoloanillo: benceno, tolueno, etilbenceno y xileno (BTEX) ocontener varios anillos aromáticos como en el caso de naf-taleno, antraceno, pireno y otros muchos. Por sus propie-dades semivolátiles, tienen gran movilidad y presentan unabaja solubilidad en agua, siendo la mayor parte de elloslipofílicos. En la figura 3, se recoge la estructura químicade algunos hidrocarburos policíclicos aromáticos.Los diferentes productos obtenidos por refino ydestilación del crudo: gasolina, diesel y asfaltos, son com-binaciones de múltiples hidrocarburos individuales, cadauno de los cuales tiene diferente temperatura de ebullición.Por ejemplo, la gasolina es la combinación de muchoscomponentes de bajo rango de ebullición, incluyendo alca-nos de C
4 a C 12 , alquenos de C 4 a C 7 y aromáticos tipoBTEX. Los compuestos de rango intermedio de ebulliciónse utilizan en diferentes proporciones para conseguir pro-ductos como queroseno, diesel y aceites combustibles.Estos productos contienen preferentemente alcanos de C 10 a C 24 y policíclicos aromáticos con bajo o ningún conte-nido en olefinas.
Tratamiento biológico de contaminaciones porpetróleoy sus derivados
Acontinuación, se enumeran algunas de las consideracio-nes generales con relación a cualquier proceso de degrada-ción biológica de compuestos derivados del petróleo:
1.La biodegradación de todos los hidrocarburosrequiere la disponibilidad de aceptores electró-nicos: oxígeno, peróxido de hidrógeno, en eco-sistemas terrestres, y nitrato o sulfato, en lascondiciones anaerobias que prevalecen en losestratos profundos del suelo.2.La biodegradación de alcanos así como las rutasmetabólicas implicadas están bien identificadas.El conjunto de compuestos degradables incluyelos de cadena ramificada como el pristano, aun-que la estructura ramificada puede presentar un obstáculo importante. Con respecto a la bio-degradación de los hidrocarburos aromáticos,mientras que el naftaleno y el fenantreno sonfácilmente degradables, los aromáticos policí-clicos de más de cinco anillos son más recalci-trantes.3.Muchas bacterias producen surfactantes comorespuesta a la presencia de hidrocarburos. Estehecho se ha comprobado tanto en bacterias quedegradan alcanos como en las degradadoras depolicíclicos aromáticos.4.En algunas ocasiones, aunque no se produzcauna biodegradación considerable, se pueden pro-ducir biotransformaciones beneficiosas. Por ejemplo, el diciclopentadieno, producido pirolí-ticamente en las plantas petroquímicas y que secaracteriza por su olor desagradable y pene-trante, aunque puede ser completamente degra-dado por una población mixta bacteriana, estransformado, en su mayor parte, en una serie decompuestos oxigenados que no presentan esacaracterística.
CONCLUSION:
Es muy interesante las tecnicas que se observan aqui ademas que nos ayuda a ver que tipos de procesos hay que llevar a demas nos ayuda a saber con que tipo de microorganismos estamos manejando y que la biodescontaminación es un proceso espontáneoo dirigido en el cual se utilizan procedimientos biológicos,fundamentalmente microbiológicos, para degradar o transformar los contaminantes hasta formas menos tóxicas o notóxicas y mitigar, como consecuencia, la contaminación ambiental.
Las técnicas de tratamiento de contaminaciones por métodos biológicos, requieren todavía muchos estudios adicionales para conocer con mayor profundidad los meca-nismos biológicos responsables de la degradación de loscontaminantes, así como el conjunto de características(tanto bióticas como abióticas) que conforman el complejoentorno (suelo, aire, agua) en el que se produce la conta-minación y para el que hay que diseñar sistemas específicos de tratamiento en cada caso lo cual retara un poco dicho proceso.
