Biorremediación

Hojas de datos - NBSOIL - Resiliencia climática, Regeneración del suelo, Ciclo del carbono y GEI

Fitodepuración Purificación de suelos Descontaminación Microbiología Micorreduría Algas Hongos Bacterias

El proceso de biorremediación

La biorremediación es un proceso que utiliza organismos vivos, como bacterias, hongos o plantas (fitorremediación), para descontaminar el suelo, el agua o el aire contaminados. Estos organismos degradan, neutralizan o transforman los contaminantes en compuestos menos tóxicos o inofensivos para el medio ambiente.

¿Por qué descontaminar suelos?

Con el rápido desarrollo de la economía global, la sobreexplotación y extracción de recursos naturales provoca la liberación constante de metales pesados ​​al medio ambiente, en particular provenientes de actividades como la minería y la combustión de combustibles fósiles. Estos metales son tóxicos para el medio ambiente y la salud de los ecosistemas, los animales y los seres humanos. Según la Comisión Europea, se estima que 2,8 millones de lugares europeos están potencialmente contaminados..

Principales Contaminantes

Los hidrocarburos y los metales (y metaloides) son las dos principales familias de contaminantes que afectan a los suelos y las aguas subterráneas en Francia.

Hidrocarburos

Contaminan el 61 % de los suelos y el 64 % de las aguas subterráneas en los lugares contaminados registrados en la base de datos "Basol". En general, diferentes familias de hidrocarburos (minerales, hidrocarburos clorados, HAP [hidrocarburos aromáticos policíclicos]) están implicadas en el 65 % de la contaminación del suelo y las aguas subterráneas.

Metales y metaloides

Contaminan el 48 % de los suelos y el 44 % de las aguas subterráneas en lugares contaminados, y representan casi el 25 % de los contaminantes presentes en suelos y aguas. El plomo, el cromo y el cobre son los metales detectados con mayor frecuencia. El plomo está presente en el 17 % de los suelos y el 9 % de las aguas subterráneas. El cromo y el cobre están presentes en el 14 % de los suelos y el 7 % de las aguas subterráneas. .

¿Dónde se encuentran los lugares contaminados?

• 

  Superación de los límites de metales pesados ​​en lodos de depuradora (en verde)

• 

  Superación de los umbrales de cadmio, cobre, mercurio y zinc (en rojo)

• 

  Residuos de plaguicidas en número de sustancias encontradas (rojo oscuro: >10; rojo: de 6 a 10; amarillo: de 2 a 5;: 1; blanco: 0)

Los mapas interactivos del mismo informe están disponibles aquí.

Métodos Tradicionales

La remediación del suelo puede llevarse a cabo mediante:

• Excavación: El suelo contaminado se excava (retira) y se transporta a centros de tratamiento especializados.
• Contención: Los contaminantes se aíslan o inmovilizan en el suelo para evitar su dispersión (matriz sólida, capa impermeable). Se utiliza cuando la excavación no es posible.
• Tratamiento Térmico:
  • Incineración: El suelo se calienta a temperaturas muy altas para descomponer los compuestos orgánicos.
  • Desorción Térmica: Los contaminantes volátiles se calientan para evaporarse y luego se capturan.
• Lavado del Suelo: El suelo se lava con agua, disolventes o soluciones químicas para extraer los contaminantes. Las partículas finas o los contaminantes solubles se separan mediante agitación o centrifugación. Las aguas residuales se tratan posteriormente por separado. * Extracción o estabilización química: Uso de reactivos químicos para solubilizar o transformar contaminantes y extraerlos del suelo o hacerlos menos móviles/tóxicos. La mitad del suelo contaminado se excava o se almacena en sitios especializados (excavación: 29%; almacenamiento: 19%), pero el 25% de este suelo se trata biológicamente.

Biorremediación

Existen diferentes tipos de biorremediación.

¿Estimular o añadir microorganismos?

Bioestimulación (o biorremediación intrínseca)

Consiste en aumentar la actividad de la microflora autóctona de un entorno determinado compensando la deficiencia de un elemento fundamental para la biodegradación de un hidrocarburo, mediante el aporte de nutrientes y/o aceptores finales de electrones (oxígeno, nitrato, sulfato), como:

• Fertilizantes minerales hidrosolubles para uso agrícola u hortícola compuestos de nitrógeno y fósforo,
• Medios sólidos de liberación lenta: N y P combinados con un elemento sólido de carbono,
• Medios oleófilos líquidos desarrollados para asegurar un aporte de nutrientes lo más cercano posible a la actividad bacteriana (en la interfaz agua-hidrocarburo)..

Bioaumentación

Consiste en añadir microorganismos exógenos a un entorno caracterizado por la ausencia o escasez de hidrocarburoclastos bacterianos. Generalmente se implementa mediante la pulverización de un liofilizado rehidratado.

Diferentes Técnicas de Biorremediación

Biopilas

Principio de una biopila, BRGM, 2023

Se trata de una técnica de tratamiento ex situ que estimula la actividad de microorganismos aeróbicos o aeróbicos facultativos responsables de la biodegradación de contaminantes en suelos. En esencia, los suelos contaminados se excavan y se apilan en pilas (biopilas), típicamente de 0,91 a 3,05 m de altura, con un ancho y una longitud relativamente limitados. La biopila debe diseñarse y operarse para proporcionar condiciones óptimas de temperatura, humedad, aireación y nutrientes que promuevan la biodegradación de los contaminantes en cuestión. La biodegradación generalmente la realizan microorganismos autóctonos, pero en ocasiones puede ser necesaria la adición de microorganismos específicos. La adición de agentes estructurantes, como virutas de madera y enmiendas, puede ser necesaria para mejorar la circulación del aire dentro de la celda de biocombustible y promover los procesos de biodegradación. .

Biorreactores

Cómo funciona un biorreactor, BRGM, 2023

La técnica consiste en mezclar suelo contaminado con agua y diversos aditivos para suspender las partículas del suelo en el agua y formar una mezcla de lodos. Los lodos resultantes se tratan biológicamente en biorreactores y posteriormente se deshidratan. . El objetivo es aumentar la superficie de contacto entre los contaminantes y los microorganismos responsables de su biodegradación en un entorno controlado. .

Atenuación Natural

La atenuación natural no se considera estrictamente una técnica de remediación, sino más bien una "medida de gestión de la contaminación". Se lleva a cabo sin intervención humana directa (salvo para el monitoreo) y tiene como objetivo "reducir la masa, la toxicidad, la movilidad, el volumen o la concentración de contaminantes". Los dispositivos de monitorización, principalmente piezómetros, permiten controlar diversos parámetros: concentraciones de contaminantes, concentraciones de gases disueltos, concentraciones de aceptores de electrones, concentraciones de COT, recuentos bacterianos, parámetros fisicoquímicos y el efecto rebote. .

Principio del bioventing, BRGM, 2023

Bioventilación

La bioventilación consiste en estimular los microorganismos autóctonos mediante la adición de un gas (generalmente aire) para degradar los contaminantes orgánicos (generalmente hidrocarburos de petróleo) presentes en el suelo no saturado. El aire se inyecta con mayor frecuencia en la zona vadosa (zona no saturada), pero en algunos sitios, puede extraerse de ella. La aplicación más común de la bioventilación consiste en introducir aire para aumentar la concentración de oxígeno por encima del 5 % y así estimular la biodegradación de la contaminación por hidrocarburos de petróleo..

Principio del biosparging, BRGM, 2023

Bioinyección

La bioinyección consiste en estimular la biodegradación aumentando los niveles de oxígeno disuelto mediante pozos de inyección en el suelo o el agua. El aire inyectado permite principalmente el crecimiento de la población microbiana aeróbica, pero también facilita el contacto entre el aire, el agua y el acuífero, lo que promueve la desorción de contaminantes. La bioinyección se confunde a menudo con la inyección. La bioinyección se utiliza cuando la biodegradación es mayor que la volatilización. .

Principio de Landfarming, BRGM, 2023

Landfarming

El principio consiste en distribuir suelos contaminados sobre una capa delgada (30 cm) y grandes áreas, lo que permite la interacción entre la matriz contaminada y la atmósfera. El objetivo es promover la aireación y, por lo tanto, la degradación aeróbica. La labranza del suelo permite una aireación regular. La biodegradación se puede promover añadiendo suplementos nutricionales. El suelo contaminado debe esparcirse sobre sustratos impermeables (asfalto, geomembrana o, con menos frecuencia, hormigón) para evitar la contaminación del suelo y las aguas subterráneas.

Principios del Compostaje, BRGM, 2023

Compostaje

El compostaje consiste en mezclar el suelo excavado con enmiendas orgánicas (compost) y disponerlas en pilas trapezoidales regularmente espaciadas (también llamadas hileras) para promover la biodegradación. La materia orgánica puede ser de origen animal o vegetal. El compost actúa sobre la bioestimulación (aporte de nutrientes, carbono, nitrógeno, etc.), la bioaumentación (aporte de bacterias) y la aireación (aporte de agentes estructurantes y elementos rígidos que aumentan la porosidad).

Resumen

Fuente: SelecDEPOL

Técnicas in situ	Contaminantes objetivo
Bioventilación	TPH pesados ​​(tetrahidropirano) TPH ligeros SCOV (compuestos orgánicos semivolátiles) COV (compuestos orgánicos volátiles) COV (compuestos orgánicos volátiles)
Bioburbuja	TPH pesados TPH ligeros SCOV SCOHV (compuestos orgánicos semivolátiles) COV COV
Técnicas ex situ	Contaminantes objetivo
Biopiles o biopilas	TPH pesados TPH ligeros SCOV SCOHV Explosivos y compuestos pirotécnicos COV HAP (Hidrocarburos aromáticos policíclicos) Pesticidas/Herbicidas PCB (Bifenilos policlorados) COHV
Biorreactores	* TPH pesados TPH ligeros SCOV SCOHV Explosivos y compuestos pirotécnicos COV HAP Metales/metaloides Pesticidas/herbicidas PCB COHV
Compostaje	TPH pesados TPH ligeros SCOV SCOHV Explosivos y compuestos pirotécnicos COV HAP Pesticidas/herbicidas PCB COHV
Agricultura	TPH pesados TPH ligeros SCOV Explosivos y compuestos pirotécnicos COV HAP Pesticidas/herbicidas

Aplicación Práctica

• Limpieza de Playas Tras el Derrame de Petróleo del Exxon Valdez: En Alaska, un derrame de petróleo contaminó la costa con aproximadamente 41 millones de litros de crudo. Los científicos añadieron nutrientes, nitrógeno y fósforo (bioestimulación), para estimular las bacterias presentes de forma natural en el medio ambiente y capaces de descomponer los hidrocarburos. La biodegradación de los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) ha sido significativa, con una disminución que oscila entre el 13 % y el 70 % anual. .
• Micorremediación de pesticidas en suelos agrícolas: Proyectos en Bélgica y otros lugares han demostrado que el micelio de hongos como las setas ostra puede degradar hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) y pesticidas mediante enzimas como lacasas y peroxidasas. Estos procesos transforman moléculas tóxicas en compuestos inofensivos, reduciendo la contaminación hasta en un 90% en pruebas piloto.

Beneficios y Riesgos

Beneficios

• Solución Ecológica:
  • Utiliza microorganismos (bacterias, hongos), plantas o sus enzimas para transformar o degradar contaminantes en compuestos no tóxicos, evitando así el uso de productos químicos agresivos.
  • Minimiza el impacto en el ecosistema circundante en comparación con métodos tradicionales como la incineración o el vertido en vertederos.
• Costo Relativamente Bajo:
  • Las técnicas de biorremediación suelen ser más económicas que los métodos mecánicos o químicos, especialmente en áreas extensas o para la contaminación orgánica compleja (hidrocarburos, solventes).
• Mejora la Salud del Suelo:
  • Ciertos enfoques, como la adición de materia orgánica para estimular los microorganismos, pueden mejorar la calidad del suelo y su capacidad para retener agua y nutrientes. * Flexibilidad y especificidad:
  • Adaptable a diversos tipos de contaminantes: hidrocarburos, metales pesados, pesticidas, disolventes, etc. Además, técnicas como la fitorremediación o la micorremediación permiten el tratamiento de entornos específicos.
• Mayor aceptación social que las soluciones térmicas y químicas.

Limitaciones y riesgos

• Largo plazo:
  • Los procesos biológicos pueden ser lentos y requerir varios meses o incluso años para obtener resultados significativos, lo que puede ser problemático en una emergencia.
• Limitación a contaminantes biodegradables:
  • Algunos contaminantes, como los metales pesados ​​o las sustancias químicas altamente estables (pesticidas persistentes, PCB), no pueden degradarse, sino solo inmovilizarse o transformarse parcialmente. * Dependencia de las condiciones ambientales:
  • La eficacia de la biorremediación depende en gran medida de las condiciones locales: temperatura, pH, disponibilidad de nutrientes y contenido de oxígeno. Si las condiciones no son óptimas, el proceso puede resultar ineficaz. * Riesgo de bioacumulación:
  • En la fitorremediación, las plantas pueden acumular metales pesados, lo que requiere la gestión de las plantas contaminadas (incineración o almacenamiento seguro).
• Riesgo de diseminación de microorganismos:
  • Las técnicas de bioaumentación, que introducen microorganismos específicos, pueden provocar desequilibrios ecológicos o impactos imprevistos en la biodiversidad local.
• Resistencia a contaminantes:
  • Algunos contaminantes complejos o mixtos (p. ej., hidrocarburos pesados ​​combinados con metales) pueden requerir enfoques combinados, lo que aumenta la complejidad y los costos.