BiorremediaciónJosé Luis Rodríguez GallegoIngeniero de MinasProfesor Asociado

Jesús Sánchez MartínMicrobiólogoProfesor Titular

Universidad de Oviedo

Fotografía 1. Aguae hidrocarburos enlos intersticios entrerocas. Ensenada dela Playa de Aramaren Asturias.

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años 80 se generalizó el uso delaire y peróxidos para suminis-trar oxígeno a las zonas conta-minadas mejorando la eficien-cia de los procesos degradati-vos. Durante los años 90 el de-sarrollo de las técnicas de "airsparging" (burbujeo de oxíge-no) hizo posible la biorreme-diación en zonas por debajodel nivel freático. Al mismotiempo, la implementación enla práctica de aproximacionesexperimentales en el laborato-rio permitió el tratamiento dehidrocarburos clorados, los pri-meros intentos con metales pe-sados, el trabajo en ambientesanaerobios, etc. Paralelamente,se desarrollaron métodos de in-geniería que mejoraron losrendimientos de las técnicasmás populares para suelos con-taminados ("landfarming","composting", etc.) (Riser-Ro-berts, 1998).

En el presente se enfrenta unnuevo reto que pasa por con-vencer poco a poco a las em-presas y a los organismos oficia-les del potencial de la biorre-mediación. En algunos países sepuede ya afirmar sin lugar a du-das que la biorremediación,que una vez fue una técnicamarginal y que generaba de-masiadas dudas, ha pasado aser una verdadera industria. Es-ta ‘industria’ busca hoy porhoy seguir mejorando en unaslíneas, decididamente interdis-ciplinares, que se pueden resu-mir en los siguientes puntos:

• Desarrollo de técnicas rápi-das de biología molecularque permitan caracterizar laspoblaciones indígenas de losemplazamientos contamina-dos así como su potencial en-

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En este trabajo se abordanlos beneficios de biorreme-diación frente a otras alter-nativas existentes en elmercado. También se explo-ran las posibilidades deaplicación de estas técnicasen el caso del vertido delPrestige haciendo referen-cia a los principales factoresimplicados (tipo de conta-minante, dinámica marina,productos comerciales,etc.).

In this work, the benefits ofbioremediation techniquesto reduce environmental im-pacts are studied. In order todeal with Prestige oil spill,some possible approaches ofbioremediation are present-ed; special references to themain factors implied in theclean-up of coastal sedi-ments are pointed out (typeof contaminants, marine ge-odynamic, available biore-mediation products, etc.).

Un poco de historia

A mediados del siglo XX se de-sarrollaron las primeras inves-tigaciones encaminadas a es-tudiar el potencial de los mi-croorganismos para biodegra-dar contaminantes (Zobell,1946; Davis, 1956). Este “uso”intencionado recibió entoncesel nombre de biorremediación

("bioremediation"). Las pri-meras técnicas que se aplica-ron fueron similares al "land-farming" (‘labranza’) actual ysus actores, lógicamente, com-pañías petrolíferas.

Las primeras patentes, funda-mentalmente para remedia-ción de vertidos de gasolina,aparecen en los años 70. En los

Aspectos tecnológicos y aplicación al vertido del Prestige

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CULO zimático (Theron y Cloete,

2000; Watanabe, 2001).• Integración en el proceso

de técnicas innovadoras(por ejemplo geofísica desuperficie) que ayuden acomprender y controlar losfenómenos de transportede nutrientes y otros posi-bles aditivos.

• Exploración de las implica-ciones del concepto de bio-disponibilidad ("bioavaila-bility") definido por laspropiedades físico-químicasde los contaminantes. Setrata de un factor que enun muchos casos está limi-tando la biodegradación yen otros reduciendo la toxi-cidad de los contaminantes.

• Desarrollo definitivo de téc-nicas de bioaumentaciónrealmente útiles (Major etal., 2002).

Técnicas de biorremediaciónpara contaminación porhidrocarburos

En la Tabla 1 se resumen losparámetros que aumentan odisminuyen la probabilidadde obtener resultados favora-bles en un proceso de biorre-mediación en un medio con-taminado por hidrocarburos(algunos ya se han tratadocon detalle en el anterior ar-tículo sobre Biorremediaciónen este número).

Teniendo en cuenta los facto-res reseñados el proceso sepuede llevar a cabo mediantedos aproximaciones:

• Biorremediación “in si-tu”: Consiste en tratar lasaguas, suelos o arenas con-taminadas sin sacarlas dellugar en el que se encuen-tran. Para ello, tanto enmétodos de bioestimula-ción como en bioaumenta-ción, se puede disponeruna red de bombeo de nu-trientes o un sistema deinoculación o bien una sim-ple aireación del terrenocon bombeo (“bioventing”y “air sparging”) o con ara-do (“landfarming” in situ).

• Biorremediación “ex si-tu”: Los procesos de trata-miento se llevan a cabo trasla excavación del mediocontaminado, bien en sim-ples biorreactores (técnicasde “bioslurry” para suelos),en plantas de tratamiento(técnicas “pump & treat”),en biopilas, o sobre láminasimpermeables (“landfar-ming” ex situ), etc. Las ven-tajas de estos procedimien-tos frente a los primeros ra-dican en la posibilidad deoptimizar mejor los pará-metros microbiológicos, asícomo el control del proce-so; a cambio, lógicamente,de un mayor coste.

¿Es la biorremediación unatécnica económicamenterentable?

Como premisa fundamentalhay que mencionar que la bio-rremediación es una herra-mienta que puede ser utiliza-da eficazmente en ambientescontaminados específicos. Ha-bitualmente se usa como unpaso posterior a la limpiezapor medios físicos o mecánicosde la parte más palpable delvertido o bien directamentesobre determinados residuos.Es un proceso relativamentelento que requiere meses oaños en muchas ocasiones, pe-ro muy económico si se efec-túa adecuadamente. Por otrolado, su ventaja principal con-siste en que los contaminantesson destruidos en una fasemás del ciclo del carbono, másallá de un traslado, como enel caso de otros métodos.

Una vez obtenida la certeza deque el problema que se desearesolver es abordable con técni-cas de biorremediación, es pro-bablemente una de las opcio-nes más baratas o la más bara-ta de todas. En las Tablas 2 y 3se muestran algunos cálculosrealizados por autores de reco-nocido prestigio en este campo(Walter y Crawford, 1997;Atlas y Unterman, 1999).

No obstante es preciso consi-derar otros factores ademásdel económico antes de imple-mentar un tratamiento debiorremediación. Desde elpunto de vista de los benefi-ciarios, que en el caso que nosocupa del Prestige son laspersonas que viven directa oindirectamente de la mar, elparámetro más importante esel tiempo que dura el trata-miento. En este sentido la bio-rremediación no ofrece venta-jas ya que, al menos en teoría,es más lenta que otras alter-nativas. Sin embargo, la au-sencia de agresividad para elmedio y el coste de esta técni-ca pueden ser factores quemotiven su inclusión en un

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Tabla 1. Factoresfavorables ydesfavorablesque influyen enel proceso debiorremediación.

Factores favorables Factores desfavorables

➢ Abundancia de ➢ Componentes muy hidrocarburos alifáticos pesados abundantes enlineales, escasa presencia la mezcla.de resinas y asfaltenos. ➢ Mezcla de compuestos

Características ➢ Concentraciones bajas. orgánicos e inorgánicos.químicas ➢ Presencia de poblaciones ➢ Concentraciones tóxicas.

microbianas diversas. ➢ Escasa actividad microbiana.➢ Adecuada oxigenación ➢ Ambientes anóxicos.➢ pH entre 6 y 8. ➢ pH extremos.➢ Temperaturas superiores ➢ Temperaturas bajas.

a 15ºC.

➢ Porosidad media. ➢ Rocas fracturadas.Características ➢ Elevada permeabilidad. ➢ Baja permeabilidad.hidrogeológicas ➢ Mineralogía uniforme. ➢ Compleja mineralogía.

➢ Homogeneidad. ➢ Heterogeneidad.

mos autóctonos, la densi-dad de las poblaciones bio-degradadoras y su poten-cial enzimático (Yuste etal., 2000; Gallego et al.,2001; Röling et al, 2002).

• Estudios de laboratorio y aescala piloto, que permitanevaluar las diferentes alter-nativas de biorremediación(Skladany y Baker, 1994;King et al., 1997; Head,1998).

Más adelante, durante el de-sarrollo del proceso de bio-rremediación, la monitoriza-ción juega también un papelclave en la evaluación de laefectividad del trabajo, conel objeto de evaluar la desa-parición del contaminantecon el tiempo y la disminu-ción del riesgo para el medioreceptor (Shannon y Unter-man, 1993). En este sentidoes necesario distinguir entrela desaparición de contami-nantes por fenómenos físicoso químicos y por la acciónbiológica, para lo cual seaplican diversos procedi-mientos, como el análisis debiomarcadores (Bragg et al.,1994 y datos no publicadospor los autores).

programa de recuperación delas costas. Por otra parte, la ci-nética de los procesos biode-gradativos puede optimizarsecon un programa de trabajoadecuado, con el objeto demejorar su rendimiento.

Implementación de unprograma debiorremediación

Un programa con perspecti-vas de éxito requiere un estu-dio de “bioviabilidad” ("bio-treatability"), que contaríacon las siguientes fases:

• Revisión bibliográfica, paraobtener datos sobre la bio-degradabilidad de los conta-minantes del emplazamien-to y sobre la existencia decasos similares (Swannell etal., 1996; Prince, 1997; He-ad y Swannell, 1999).

• Estudios iniciales, para ob-tener parámetros ambien-tales de importancia: nu-trientes, presencia de acep-tores de electrones, poten-cial redox, pH, temperatu-ra, etc (Gallego et al.,2001b; Vallejo et al., 2001).

• Muestreo detallado, paraanalizar los microorganis-

Consideraciones sobre laaplicabilidad de técnicas debiorremediación en el vertidodel Prestige

En este apartado señalaremosalgunos aspectos que se de-ben considerar antes de plan-tear tratamientos de biorre-mediación en las costas afec-tadas por el vertido:

a) Tipos de hidrocarburos y suconcentraciónNo hay un límite claro estableci-do de concentraciones máximasde hidrocarburos para que labiorremediación sea efectiva.De todos modos el mayor pro-blema en el caso del Prestige loconstituye la cantidad de resi-nas y asfaltenos presentes.Mientras que la biodegradaciónafectará en primer lugar a losalcanos y parte de la fracciónaromática, el comportamientode las resinas y asfaltenos es im-predecible aunque, no obstan-te, otros procesos naturales co-mo la fotooxidación, puedencolaborar en su degradación.

b) Climatología, mareas ymovimiento de los sedimentosLa influencia de la temperatu-ra se pondrá de manifiesto encuanto a que en los meses máscálidos la acción microbiana sereforzará. La dinámica de lasplayas y acantilados puedeayudar a retirar residuos de lacosta y colaborar en la oxida-ción, pero puede igualmenteconfinar aguas contaminadasen los espacios intersticiales(fotografía 1). Hay que consi-derar también que las mareaspueden impedir la aplicaciónde productos de bioestimula-ción o dificultar la fijación delos microorganismos si se llevaa cabo algún tipo de bioau-mentación (ver "Biorreme-diación: Fundamentos y as-pectos microbiológicos" eneste mismo número). Todo es-to abre las posibilidades a tra-

Tabla 3.Beneficios

económicos de labiorremediaciónen casos reales(fuente: Atlas &

Unterman, 1999).

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Tabla 2.Costes

relativos dediversas

tecnologías deremediación

(fuente: Walter& Crawford,

1997).

Incineración Vertedero Desorción térmica Lavado de suelos Biorremediación

Costes (rango en $ por m3) 350-1.600 100-600 50-200 125-350 40-150

Aplicación Tratamiento físico Biorremediación Diferenciay/o químico (beneficio)

Suelo contaminado Excavación y "Bioventing on site": $2,8 millonespor hidrocarburos transporte a vertedero. $0,2 millones

("brownfield" urbano) Coste: $3 millones

Acuífero contaminado Bombeo, tratamiento de ‘Soil vapor extraction’ $1,75 millonespor un vertido de gasolina “air stripping” y “skimming”. y ‘bioventing’.desde un tanque enterrado Coste: $2 millones $0,25 millones.

Contaminación múltiple Encapsulamiento. Biorremediación ‘in situ’. $20 millones("superfund site") Coste: $25 millones $5 millones.

Contaminación múltiple c Bombeo y tratamiento. Bioestimulación ‘in situ’, $48 millonescon BTEX y Arsénico Encapsulamiento. bioventing y air sparging.

("superfund site") Coste: $50 millones Inmovilización biológica de metales.$2 millones.

Vertido de crudo Lavado físico, coste de Bioestimulación con Más deen el mar. $1,1 millones por kilómetro fertilizante; $0,005 millones $1 millón

de costa afectado. por kilómetro de costa afectado por km de costa

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cial mediante pequeñas catas.También es posible que, termi-nadas las labores de limpieza fí-sica, visualmente no se aprecienrestos de hidrocarburos peroaún exista una cantidad rema-nente que permanecerá adsor-bida (Swannell et al., 1996).

d) Productos para labiorremediación(bioestimulación)El objetivo de la mayoría deellos es aportar al medio lascantidades necesarias de N y Pdisponible, para permitir ladegradación de hidrocarburospor los microorganismos. Te-niendo en cuenta las caracte-rísticas del entorno menciona-das arriba, además de su com-posición química es muy im-portante su constitución físicay su interacción con las mareas.Hay varias posibilidades, algu-nas de ellas ensayadas tras elaccidente del Exxon Valdez(Pritchard, 1997; ver artículosobre el vertido en este mismonúmero) y en otros vertidos(Swannell et al., 1996):

• Briquetas o gránulos de li-beración lenta.

• Fertilizantes oleofílicos lí-quidos (el más conocido esel Inipol EAP22).

• Productos naturales con pro-piedades nutritivas y surfac-tantes (extractos de algas).

• Biosurfactantes de origenbacteriano (Emulsan, otros).

• Surfactantes de origen quí-mico, biodegradables, com-binados con sales minerales.

tamientos ex situ, especial-mente en el caso de las are-nas, aunque en este supuestodeberían ser ecólogos y exper-tos en geomorfología de cos-tas los que valorasen el riesgode excavar una gran cantidadde arena para tratarla en unrecinto controlado y luego de-volverla a su lugar original.

c) Tipo de entorno a recuperarLa biorremediación se ha apli-cado con resultado desigualen playas de arena, playas deroca y marismas. En estas últi-mas el problema fundamentalson las condiciones anóxicas, elbajo pH y la gran salinidad delos sedimentos. En cuanto a lasplayas de piedra o acantilados,el problema operacional esgrande ya que no se tienen lasfacilidades de muestreo, analí-tica, etc. que hay en una arenadebido a la heterogeneidaddel reparto del chapapote (fo-tografía 2). La aproximaciónrequiere fuentes oleofílicas denutrientes y biosurfactantes,siendo la monitorización visualmuy importante.

En las playas de arena, la bio-rremediación se puede plan-tear in situ o ex situ en funciónde las mareas. Aunque el me-dio es en principio más homo-géneo y fácil de parcelar y ai-rear, la interestratificación delas manchas y a veces el reduci-do tamaño de éstas (fotogra-fía 3) puede dificultar las ope-raciones por lo que es impres-cindible un estudio subsuperfi-

• Otros productos hipotética-mente desarrollados en elmarco de las investigacio-nes sobre el vertido delPrestige que nos ocupa.

Conclusiones

Como criterio general, consi-deramos que la aplicación detécnicas de biorremediaciónpuede 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 delos hidrocarburos y un fertili-zante que aumente la presen-cia de Nitrógeno y Fósforo dis-ponible. Este enfoque permiti-ría reducir la concentración dehidrocarburos y evitaría laacumulación definitiva de loscompuestos no degradados enel sedimento marino.

Sin embargo, debido a la com-plejidad de los parámetros físi-co-químicos y biológicos impli-cados en la relación microorga-nismo-contaminante, que he-mos intentado enunciar en es-te artículo y en el precedente,una aproximación experimen-tal correcta al tratamiento bio-lógico de los vertidos requiereun estudio previo detallado decada uno de los emplazamien-tos y un control efectivo a cor-to y medio plazo del proceso,más que un aporte indiscrimi-nado de un producto elegidoaleatoriamente. Hay que apun-tar, en este sentido, que laelección de un producto bioes-timulante puede estar condi-cionada por factores no direc-tamente relacionados con suefectividad, como por ejemplo,su disponibilidad comercial enlas cantidades necesarias.

Por último, el estudio previode los parámetros de degrada-ción en el laboratorio sobremuestras y condiciones análo-gas a las del medio natural (mi-crocosmos) constituye, si es po-sible llevarlas a cabo, una fuen-te de información muy valiosapara su aplicación posterior enel campo (Pritchard, 1997).

Fotografía 2.Distribuciónheterogénea derestos de fuelmezclados conalgas y grava(Playa de laGargantera,Gozón, Asturias).

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Fotografía 3. En laparte superior

reguero de bolasde "chapapote" en

una playa dearena; debajo,

tamaño habitual deestas manchas.

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