Aspectos tecnológicos y aplicación al vertido del Prestige                                                                ...
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ARTÍCULO                                    Incineración         Vertedero            Desorción térmica            Lavado ...
ARTÍCULO           Cortesía: Íñigo Sánchez. Área de Ecología. Universidad de Oviedo (diciembre 2002)                      ...
ARTÍCULOBibliografía                                                        Science & Technology.                         ...
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Aspectos tecnologicos biorremediación

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Aspectos tecnologicos biorremediación

  1. 1. Aspectos tecnológicos y aplicación al vertido del Prestige ARTÍCULO José Luis Rodríguez Gallego Ingeniero de Minas Profesor Asociado Biorremediación Jesús Sánchez Martín Microbiólogo Profesor Titular Universidad de Oviedo En este trabajo se abordan In this work, the benefits of años 80 se generalizó el uso del los beneficios de biorreme- bioremediation techniques aire y peróxidos para suminis- diación frente a otras alter- to reduce environmental im- trar oxígeno a las zonas conta- nativas existentes en el pacts are studied. In order to minadas mejorando la eficien- mercado. También se explo- deal with Prestige oil spill, cia de los procesos degradati- vos. Durante los años 90 el de- ran las posibilidades de some possible approaches of sarrollo de las técnicas de "air aplicación de estas técnicas bioremediation are present- sparging" (burbujeo de oxíge- en el caso del vertido del ed; special references to the no) hizo posible la biorreme- Prestige haciendo referen- main factors implied in the diación en zonas por debajo cia a los principales factores clean-up of coastal sedi- del nivel freático. Al mismo implicados (tipo de conta- ments are pointed out (type tiempo, la implementación en la práctica de aproximaciones minante, dinámica marina, of contaminants, marine ge- experimentales en el laborato- productos comerciales, odynamic, available biore- rio permitió el tratamiento de etc.). mediation products, etc.). hidrocarburos clorados, los pri- meros intentos con metales pe- sados, el trabajo en ambientes Un poco de historia ("bioremediation"). Las pri- anaerobios, etc. Paralelamente, meras técnicas que se aplica- se desarrollaron métodos de in- A mediados del siglo XX se de- ron fueron similares al "land- geniería que mejoraron los sarrollaron las primeras inves- farming" (‘labranza’) actual y rendimientos de las técnicas tigaciones encaminadas a es- sus actores, lógicamente, com- más populares para suelos con- tudiar el potencial de los mi- pañías petrolíferas. taminados ("landfarming", croorganismos para biodegra- "composting", etc.) (Riser-Ro- dar contaminantes (Zobell, Las primeras patentes, funda- Fotografía 1. Agua berts, 1998). 1946; Davis, 1956). Este “uso” mentalmente para remedia- e hidrocarburos en los intersticios entre intencionado recibió entonces ción de vertidos de gasolina, En el presente se enfrenta un rocas. Ensenada de el nombre de biorremediación aparecen en los años 70. En los la Playa de Aramar nuevo reto que pasa por con- en Asturias. vencer poco a poco a las em- presas y a los organismos oficia- les del potencial de la biorre- mediación. En algunos países se puede ya afirmar sin lugar a du- das que la biorremediación,Cortesía: Íñigo Sánchez. Área de Ecología. Universidad de Oviedo (diciembre 2002) que una vez fue una técnica marginal y que generaba de- masiadas dudas, ha pasado a ser una verdadera industria. Es- ta ‘industria’ busca hoy por hoy seguir mejorando en unas líneas, decididamente interdis- ciplinares, que se pueden resu- mir en los siguientes puntos: • Desarrollo de técnicas rápi- das de biología molecular que permitan caracterizar las poblaciones indígenas de los emplazamientos contamina- dos así como su potencial en- 17
  2. 2. ARTÍCULO zimático (Theron y Cloete, Teniendo en cuenta los facto- ¿Es la biorremediación una 2000; Watanabe, 2001). res reseñados el proceso se técnica económicamente • Integración en el proceso puede llevar a cabo mediante rentable? de técnicas innovadoras dos aproximaciones: (por ejemplo geofísica de Como premisa fundamental superficie) que ayuden a • Biorremediación “in si- hay que mencionar que la bio- comprender y controlar los tu”: Consiste en tratar las rremediación es una herra- fenómenos de transporte aguas, suelos o arenas con- mienta que puede ser utiliza- de nutrientes y otros posi- taminadas sin sacarlas del da eficazmente en ambientes bles aditivos. lugar en el que se encuen- contaminados específicos. Ha- • Exploración de las implica- tran. Para ello, tanto en bitualmente se usa como un ciones del concepto de bio- métodos de bioestimula- paso posterior a la limpieza disponibilidad ("bioavaila- ción como en bioaumenta- por medios físicos o mecánicos bility") definido por las ción, se puede disponer de la parte más palpable del propiedades físico-químicas una red de bombeo de nu- vertido o bien directamente de los contaminantes. Se trientes o un sistema de sobre determinados residuos. trata de un factor que en inoculación o bien una sim- Es un proceso relativamente un muchos casos está limi- ple aireación del terreno lento que requiere meses o tando la biodegradación y con bombeo (“bioventing” años en muchas ocasiones, pe- en otros reduciendo la toxi- y “air sparging”) o con ara- ro muy económico si se efec- cidad de los contaminantes. do (“landfarming” in situ). túa adecuadamente. Por otro • Desarrollo definitivo de téc- • Biorremediación “ex si- lado, su ventaja principal con- nicas de bioaumentación tu”: Los procesos de trata- siste en que los contaminantes realmente útiles (Major et miento se llevan a cabo tras son destruidos en una fase al., 2002). la excavación del medio más del ciclo del carbono, más contaminado, bien en sim- allá de un traslado, como en Técnicas de biorremediación ples biorreactores (técnicas el caso de otros métodos. para contaminación por de “bioslurry” para suelos), hidrocarburos en plantas de tratamiento Una vez obtenida la certeza de (técnicas “pump & treat”), que el problema que se desea En la Tabla 1 se resumen los en biopilas, o sobre láminas resolver es abordable con técni- parámetros que aumentan o impermeables (“landfar- cas de biorremediación, es pro- disminuyen la probabilidad ming” ex situ), etc. Las ven- bablemente una de las opcio- de obtener resultados favora- tajas de estos procedimien- nes más baratas o la más bara- bles en un proceso de biorre- tos frente a los primeros ra- ta de todas. En las Tablas 2 y 3 mediación en un medio con- dican en la posibilidad de se muestran algunos cálculos taminado por hidrocarburos optimizar mejor los pará- realizados por autores de reco- (algunos ya se han tratado Tabla 1. Factores metros microbiológicos, así nocido prestigio en este campo favorables y con detalle en el anterior ar- como el control del proce- (Walter y Crawford, 1997; desfavorables tículo sobre Biorremediación que influyen en so; a cambio, lógicamente, Atlas y Unterman, 1999). en este número). el proceso de de un mayor coste. biorremediación. No obstante es preciso consi- derar otros factores además Factores favorables Factores desfavorables del económico antes de imple- mentar un tratamiento de ➢ Abundancia de ➢ Componentes muy biorremediación. Desde el hidrocarburos alifáticos pesados abundantes en punto de vista de los benefi- lineales, escasa presencia la mezcla. ciarios, que en el caso que nos de resinas y asfaltenos. ➢ Mezcla de compuestos ocupa del Prestige son las Características ➢ Concentraciones bajas. orgánicos e inorgánicos. personas que viven directa o químicas ➢ Presencia de poblaciones ➢ Concentraciones tóxicas. indirectamente de la mar, el microbianas diversas. ➢ Escasa actividad microbiana. parámetro más importante es ➢ Adecuada oxigenación ➢ Ambientes anóxicos. el tiempo que dura el trata- ➢ pH entre 6 y 8. ➢ pH extremos. miento. En este sentido la bio- ➢ Temperaturas superiores ➢ Temperaturas bajas. rremediación no ofrece venta- jas ya que, al menos en teoría, a 15ºC. es más lenta que otras alter- nativas. Sin embargo, la au- ➢ Porosidad media. ➢ Rocas fracturadas. sencia de agresividad para el Características ➢ Elevada permeabilidad. ➢ Baja permeabilidad. medio y el coste de esta técni- hidrogeológicas ➢ Mineralogía uniforme. ➢ Compleja mineralogía. ca pueden ser factores que ➢ Homogeneidad. ➢ Heterogeneidad. motiven su inclusión en un18
  3. 3. ARTÍCULO Incineración Vertedero Desorción térmica Lavado de suelos Biorremediación Costes (rango en $ por m3) 350-1.600 100-600 50-200 125-350 40-150 Tabla 2. Costesprograma de recuperación de relativos de mos autóctonos, la densi- Consideraciones sobre lalas costas. Por otra parte, la ci- diversas dad de las poblaciones bio- aplicabilidad de técnicas denética de los procesos biode- tecnologías de degradadoras y su poten- biorremediación en el vertidogradativos puede optimizarse remediación cial enzimático (Yuste et del Prestige (fuente: Waltercon un programa de trabajo & Crawford, al., 2000; Gallego et al.,adecuado, con el objeto de 1997). 2001; Röling et al, 2002). En este apartado señalaremosmejorar su rendimiento. • Estudios de laboratorio y a algunos aspectos que se de- escala piloto, que permitan ben considerar antes de plan-Implementación de un evaluar las diferentes alter- tear tratamientos de biorre-programa de nativas de biorremediación mediación en las costas afec-biorremediación (Skladany y Baker, 1994; tadas por el vertido: King et al., 1997; Head,Un programa con perspecti- 1998). a) Tipos de hidrocarburos y suvas de éxito requiere un estu- concentracióndio de “bioviabilidad” ("bio- Más adelante, durante el de- No hay un límite claro estableci-treatability"), que contaría sarrollo del proceso de bio- do de concentraciones máximascon las siguientes fases: rremediación, la monitoriza- de hidrocarburos para que la ción juega también un papel biorremediación sea efectiva.• Revisión bibliográfica, para clave en la evaluación de la De todos modos el mayor pro- obtener datos sobre la bio- efectividad del trabajo, con blema en el caso del Prestige lo degradabilidad de los conta- el objeto de evaluar la desa- constituye la cantidad de resi- minantes del emplazamien- parición del contaminante nas y asfaltenos presentes. to y sobre la existencia de con el tiempo y la disminu- Mientras que la biodegradación casos similares (Swannell et ción del riesgo para el medio afectará en primer lugar a los al., 1996; Prince, 1997; He- receptor (Shannon y Unter- alcanos y parte de la fracción ad y Swannell, 1999). man, 1993). En este sentido aromática, el comportamiento• Estudios iniciales, para ob- es necesario distinguir entre de las resinas y asfaltenos es im- tener parámetros ambien- la desaparición de contami- predecible aunque, no obstan- tales de importancia: nu- nantes por fenómenos físicos te, otros procesos naturales co- trientes, presencia de acep- o químicos y por la acción mo la fotooxidación, pueden tores de electrones, poten- biológica, para lo cual se colaborar en su degradación. cial redox, pH, temperatu- Tabla 3. aplican diversos procedi- ra, etc (Gallego et al., Beneficios mientos, como el análisis de b) Climatología, mareas y 2001b; Vallejo et al., 2001). económicos de la biomarcadores (Bragg et al., movimiento de los sedimentos biorremediación• Muestreo detallado, para en casos reales 1994 y datos no publicados La influencia de la temperatu- analizar los microorganis- (fuente: Atlas & por los autores). ra se pondrá de manifiesto en Unterman, 1999). cuanto a que en los meses más cálidos la acción microbiana se Aplicación Tratamiento físico Biorremediación Diferencia reforzará. La dinámica de las y/o químico (beneficio) playas y acantilados puede Suelo contaminado Excavación y "Bioventing on site": $2,8 millones ayudar a retirar residuos de la por hidrocarburos transporte a vertedero. $0,2 millones costa y colaborar en la oxida- ("brownfield" urbano) Coste: $3 millones ción, pero puede igualmente confinar aguas contaminadas Acuífero contaminado Bombeo, tratamiento de ‘Soil vapor extraction’ $1,75 millones por un vertido de gasolina “air stripping” y “skimming”. y ‘bioventing’. en los espacios intersticiales desde un tanque enterrado Coste: $2 millones $0,25 millones. (fotografía 1). Hay que consi- derar también que las mareas Contaminación múltiple Encapsulamiento. Biorremediación ‘in situ’. $20 millones pueden impedir la aplicación ("superfund site") Coste: $25 millones $5 millones. de productos de bioestimula- Contaminación múltiple c Bombeo y tratamiento. Bioestimulación ‘in situ’, $48 millones ción o dificultar la fijación de con BTEX y Arsénico Encapsulamiento. bioventing y air sparging. los microorganismos si se lleva ("superfund site") Coste: $50 millones Inmovilización biológica a cabo algún tipo de bioau- de metales. mentación (ver "Biorreme- $2 millones. diación: Fundamentos y as- Vertido de crudo Lavado físico, coste de Bioestimulación con Más de pectos microbiológicos" en en el mar. $1,1 millones por kilómetro fertilizante; $0,005 millones $1 millón este mismo número). Todo es- de costa afectado. por kilómetro de costa afectado por km de costa to abre las posibilidades a tra- 19
  4. 4. ARTÍCULO Cortesía: Íñigo Sánchez. Área de Ecología. Universidad de Oviedo (diciembre 2002) • Otros productos hipotética- mente desarrollados en el marco de las investigacio- nes sobre el vertido del Fotografía 2. Prestige que nos ocupa. Distribución heterogénea de Conclusiones restos de fuel mezclados con algas y grava Como criterio general, consi- (Playa de la deramos que la aplicación de Gargantera, técnicas de biorremediación Gozón, Asturias). puede ser efectiva (sobre sus- tratos de roca y/o sobre arena) con la combinación de un pro- ducto surfactante o dispersan- te que permita la emulsión de los hidrocarburos y un fertili- tamientos ex situ, especial- cial mediante pequeñas catas. zante que aumente la presen- mente en el caso de las are- También es posible que, termi- cia de Nitrógeno y Fósforo dis- nas, aunque en este supuesto nadas las labores de limpieza fí- ponible. Este enfoque permiti- deberían ser ecólogos y exper- sica, visualmente no se aprecien ría reducir la concentración de tos en geomorfología de cos- restos de hidrocarburos pero hidrocarburos y evitaría la tas los que valorasen el riesgo aún exista una cantidad rema- acumulación definitiva de los de excavar una gran cantidad nente que permanecerá adsor- compuestos no degradados en de arena para tratarla en un bida (Swannell et al., 1996). el sedimento marino. recinto controlado y luego de- volverla a su lugar original. d) Productos para la Sin embargo, debido a la com- biorremediación plejidad de los parámetros físi- c) Tipo de entorno a recuperar (bioestimulación) co-químicos y biológicos impli- La biorremediación se ha apli- El objetivo de la mayoría de cados en la relación microorga- cado con resultado desigual ellos es aportar al medio las nismo-contaminante, que he- en playas de arena, playas de cantidades necesarias de N y P mos intentado enunciar en es- roca y marismas. En estas últi- disponible, para permitir la te artículo y en el precedente, mas el problema fundamental degradación de hidrocarburos una aproximación experimen- son las condiciones anóxicas, el por los microorganismos. Te- tal correcta al tratamiento bio- bajo pH y la gran salinidad de niendo en cuenta las caracte- lógico de los vertidos requiere los sedimentos. En cuanto a las rísticas del entorno menciona- un estudio previo detallado de playas de piedra o acantilados, das arriba, además de su com- cada uno de los emplazamien- el problema operacional es posición química es muy im- tos y un control efectivo a cor- grande ya que no se tienen las portante su constitución física to y medio plazo del proceso, facilidades de muestreo, analí- y su interacción con las mareas. más que un aporte indiscrimi- tica, etc. que hay en una arena Hay varias posibilidades, algu- nado de un producto elegido debido a la heterogeneidad nas de ellas ensayadas tras el aleatoriamente. Hay que apun- del reparto del chapapote (fo- accidente del Exxon Valdez tar, en este sentido, que la tografía 2). La aproximación (Pritchard, 1997; ver artículo elección de un producto bioes- requiere fuentes oleofílicas de sobre el vertido en este mismo timulante puede estar condi- nutrientes y biosurfactantes, número) y en otros vertidos cionada por factores no direc- siendo la monitorización visual (Swannell et al., 1996): tamente relacionados con su muy importante. efectividad, como por ejemplo, • Briquetas o gránulos de li- su disponibilidad comercial en En las playas de arena, la bio- beración lenta. las cantidades necesarias. rremediación se puede plan- • Fertilizantes oleofílicos lí- tear in situ o ex situ en función quidos (el más conocido es Por último, el estudio previo de las mareas. Aunque el me- el Inipol EAP22). de los parámetros de degrada- dio es en principio más homo- • Productos naturales con pro- ción en el laboratorio sobre géneo y fácil de parcelar y ai- piedades nutritivas y surfac- muestras y condiciones análo- rear, la interestratificación de tantes (extractos de algas). gas a las del medio natural (mi- las manchas y a veces el reduci- • Biosurfactantes de origen crocosmos) constituye, si es po- do tamaño de éstas (fotogra- bacteriano (Emulsan, otros). sible llevarlas a cabo, una fuen- fía 3) puede dificultar las ope- • Surfactantes de origen quí- te de información muy valiosa raciones por lo que es impres- mico, biodegradables, com- para su aplicación posterior en cindible un estudio subsuperfi- binados con sales minerales. el campo (Pritchard, 1997).20
  5. 5. ARTÍCULOBibliografía Science & Technology. Shannon, M.J.R. y Unter- 36: 5106-5116. man, R. (1993). Evalua-Atlas, R.M. y Unterman, R. Prince, R.C. (1997). Bioreme- ting bioremediation: dis- (1999). Bioremediation. diation of marine oil tinguishing fact from fic- En: Demain AL & Davies spills. Tibtech 15:158-160. tion. Ann. Rev. Microbiol. JE (Eds) Manual of Indus- Pritchard P.H. (1997). Cues- 47: 715-738. trial Microbiology and tiones reglamentarias y Skladany, G.J. y Baker, K.H. Biotechnology 2nd ed de eficacia en la biorre- (1994). Laboratory bio- (pp 666-681), ASM Press, cuperación de los derra- treatability studies. In: Washington D.C. mes de petróleo: expe- Baker, K.H. & D. S. HersonBragg, J.R.; Prince, R.C.; riencias con el derrame (Eds) Bioremediation (pp Har ner, E.J. y Atlas, del Exxon Valdez en 97-172). McGraw-Hill, Inc. R.M. (1994). Effectiveness Alaske. En: Levin M.; NY. of bioremediation for the M.A. Gealt –editores- Swannell, R.P; Lee, K. y Mc- Exxon Valdez oil spill. Na- Biotratamiento de resi- Donagh, M. (1996). Field ture 368: 413-418. duos sólidos y peligrosos. evaluations of marine oilDavis, J.B. (1956). Microbial Cap. 12, pp 273-311. Mc- spill bioremediation. Mi- decomposition of hydro- Graw Hill. Madrid. crobiological Reviews vol. carbons. Ind. Eng. Chem. Riser-Roberts, E. (1998). Re- 60 (2), pp 342-365. 48:1444-1448. mediation of petroleum Theron, J. y Cloete, T.E.Gallego, J.R.; Loredo, J.; contaminated soils. CRC (2000). Molecular techni- Llamas, J.F. y Sánchez, Press. Lewis publishers. ques for determining mi- J. (2001a). Sources of hy- Röling, W.F; Milner, M.G.; crobial diversity and com- drocarbon-degrading mi- Jones, D.M.; Lee, K.; munity structure in natu- croorganisms: isolation, Daniel, F.; Swannell, ral environments. Critical characterization and ap- R.P. y Head I.M. (2002). Rev. Microbiol. 26: 37-57. plications. Proceedings Robust hydrocarbon de- Vallejo, B.; Izquierdo, A; of the First European gradation and dynamics Blasco, R.; Pérez del Bioremediation Confe- of bacterial communities C a m p o , P. y L u q u e , rence, Chania- Greece, during nutrient-enhan- M.D. (2001). Bioreme- pp. 324-327. Fotografía 3. En la ced oil spill bioremedia- diation of an area con-Gallego, J.R.; Loredo, J.; parte superior tion. Applied and Envi- taminated by a fuel L l a m a s , J . F. y S á n - reguero de bolas ronmental Microbiology spill. J. Environ. Monit. de "chapapote" en chez, J. (2001b). Biore- Vol. 68 (11), pp 5537- 3, 274-280. una playa de mediation of diesel- arena; debajo, 5548. Walter, M.V. y Crawford, contaminated soils: Eva- tamaño habitual de R.L. (1997). Overview: luation of potential in estas manchas. Biotransformation and situ techniques by study biodegradation. In: Cortesía: Íñigo Sánchez. Área de Ecología. Universidad de Oviedo (diciembre 2002) o f b ac teri a l d e g r a d a - Hurst, C.J. (Ed) Manual tion. Biodegradation of Environmental Mi- 12, 325-335. crobiology (pp 753-Head, I.M. (1998). Bioreme- 765). ASM Press, Was- diation: towards a credi- hington, D.C. ble technology. Microbio- Watanabe, K. (2001). Micro- logy 144: 599-608. organisms relevant toHead, I.M. y Swannell, R.P.J. bioremediation. Current (1999). Bioremediation of Opinion in Biotechnology petroleum hydrocarbon 12:237-241. contaminants in marine Yuste, L.; Corbella, M.E.; habitats. Curr. Op. Bio- Turiégano, M.J.; Karl- technol. 10: 234-239. son, U.; Puyet, A. yKing R.B.; Long, G.M. y Shel- Rojo, F. (2000). Charac- don J.K. (1997). Practical terization of bacterial environmental bioreme- strains able to grow on diation, the field guide. high molecular mass re- Lewis publishers, NY. sidues from crude oilMajor et al. (2002). Field De- processing. FEMS Micro- monstration of Successful biol. Ecol. 32: 69-75. Bioaugmentation To Zobell, C.E. (1946). Action Achieve Dechlorination of microorganisms in of Tetrachloroethene To hydrocarbons. Bact. Rev. Ethene. Environmental 10:1-49. 21

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