BIODEGRADACIÓN DE HIDROCARBUROS Y ELEMENTOS TÓXICOS

Transcripción

1 BIODEGRADACIÓN DE HIDROCARBUROS Y ELEMENTOS TÓXICOS

2 BIODEGRADACIÓN DE HIDROCARBUROS Introducción La aplicación de técnicas de biorremediación de hidrocarburos en escala exige un intenso monitoreo y control de variables operacionales. No todas ellas revisten la misma importancia. Sólo algunas resultan críticas para la obtención de resultados exitosos. Tratamiento biológico 1. La primera fase del tratamiento biológico de contaminantes de este tipo consiste en el incremento de la biodisponibilidad del contaminante. Los hidrocarburos contienen compuestos recalcitrantes, Xenobióticos e Hidrofóbicos que imposibilitan las reacciones termodinámicas, imposibilitando los enlaces entre enzimas y el sustrato (impedimento estérico). Se pueden presentar poca solubilidad acuosa y adsorción del contaminante a partículas del suelo o absorción a líquidos en fases no acuosas. En algunos casos la toxicidad de los elementos a tratar inhiben los procesos biológicos que puedan lograr el objetivo de degradación. La microfracturación de las partículas de la solución contaminante permite elevar la biodisponibilidad de los hidrocarburos y generar mayor superficie de exposición a los agentes biológicos aumentando su potencial de biodegradabilidad.

3 Esta fase del tratamiento se logra mediante dos procesos uno físico-químico y otro biológico. El primero se logra con la aplicación de citrolatos ascórbicos de origen natural y la segunda con la inoculación de bacilos de las especies Aglomerans, Cereus, Subtillis y Megaterium. Estos microorganismos están en capacidad de producir enzimas del tipo Monooxigenasas, Dioxigenasas, Hidrolasas, Dehidrogenasas, Amidasas y Transferasas que en procesos de metabolismo típico alteran los compuestos contaminantes hacia intermediarios metabólicos de gran facilidad en el proceso de descomposición. Poseen la capacidad de producir biosurfactantes ramnolipidos extracelulares que solubilizan y facilitan la penetración de los hidrocarburos a través de la pared celular, emulsificantes naturales de hidrocarburos. Contienen además enzimas degradadoras de hidrocarburos en la membrana citoplasmática. Contamos con géneros bacterianos que presentan una gran diversidad metabólica, capaces de transformar, biodegradar y utilizar como fuente de carbono compuestos hidrófobos. Algunas cepas presentan también la vía del 3-oxoadipato, utilizan el dibenzotiofeno (DBT) como fuente de azufre, el DBT y sus derivados son los organoazufrados más abundantes en el crudo. (Ver Ilustraciones 1 y 2)

4 Ilustración 1 Biodegradación de Compuestos Xenobióticos Ilustración 2 Biodegradación de Compuestos Hidrofóbicos

5 2. La segunda fase consiste en la biopotenciación del sistema mediante la inoculación de microorganismos específicos para la degradación de los compuestos contaminantes. Los microorganismos pueden degradar hidrocarburos en forma de cultivos mixtos (varias especies que mantienen una relación simbiótica). El tratamiento biológico implica una compleja interacción de especies microbianas. entre las que se encuentran bacilos de la especie Aglomerans, Lincheniformis, Cereus, Megaterium, Badis, Subtillis y Azotobacter especialmente. En esta mezcla de poblaciones los consumidores primarios inician el proceso de degradación y los consumidores secundarios utilizan los productos metabólicos de los primeros para degradarlos. Además facilitan el crecimiento de los primarios, suministrándoles productos metabólicos (como factores de crecimiento), eliminando tóxicos mediante cometabolismo y produciendo intercambio de material genético. 3. La tercera fase consiste en la biopotenciación del sistema mediante suplementación nutritiva Los nutrientes son substancias minerales necesarias para el desarrollo de los microorganismos y se pueden dividir en cuatro grupos: fuentes de Carbono, Fósforo, Nitrógeno y oligoelementos o elementos minoritarios (micronutrientes). La

6 fuente de carbono en nuestro caso es el contaminante, y proporciona el carbono necesario para producir compuestos celulares, productos metabólicos (CO 2, agua, enzimas). La fuente de Nitrógeno proporciona el elemento necesario para la producción de aminoácidos y enzimas. La fuente de fósforo interviene en la formación de compuestos energéticos dentro de la célula que se utilizan en los procesos de reproducción y degradación. La fuente de oligoelementos constituye un conjunto variado de elementos como hierro, cobre, zinc, azufre, cobalto, manganeso, magnesio, calcio y otros compuestos que dependen del tipo de microorganismo y del proceso que se realiza. Las concentraciones de los mismos son muy pequeñas (menos de 1 ppm. en total). Normalmente se incorporan como micro nutrientes y se pontencializan los que el suelo provee. También es necesario disponer de potasio en concentraciones bajas.

7 Ilustración 3 Esquema general de la biodegradación de Hidrocarburos Ilustración 4 Ejemplo de Reacción de Biodegradación 4. La cuarta fase de tratamiento consiste en vencer condiciones limitantes por la presencia de metales y sales

8 Los metales y las sales en altas concentraciones intoxican a los microorganismos o actúan como biocidas. Entre estos se incluyen metales pesados, sodio en alta concentración, sales inorgánicas (NaCl, sulfatos, carbonatos, etc.). En general la presencia de sales y metales disminuye la velocidad de degradación en forma importante a menos que se disponga de microorganismos tolerantes en el tratamiento o se haya producido una bioaumentación con consorcios resistentes. Nuestros microorganismos fijan sobre su estructura celular metales en forma activa (metabólica) o pasiva (absorción y adsorción) reteniéndolos e impidiendo que migren. Esta característica es importante para los procesos de tratamiento biológico de contaminantes con metales tóxicos. Las características bioquímicas en algunas de nuestras cepas son la producción de poli-3-hidroxialcanoatos, acumulación de metales pesados y enzimas útiles como la fenilalanina, deshidrogenasa y endoglucosidasas, a lo que se añade su gran capacidad de degradar hidrocarburos alifáticos halogenados y numerosos compuestos aromáticos, como los PAHs (hidrocarburos policíclicos aromáticos). Estos microorganismos conforman un consorcio microbiano extremo halótolerante para la biodegradación de crudos mediante mecanismos de carboxilación y de acetilación; logrando finalmente la degradación del hidrocarburos totales (TPHs).