El aumento biológico es la adición de arqueas o cultivos bacterianos necesarios para acelerar la tasa de degradación de un contaminante . [1] Es posible que los organismos que se originan en áreas contaminadas ya puedan descomponer los desechos, pero quizás de manera ineficiente y lenta.
La bioaumentación es un tipo de biorremediación en el que requiere estudiar las variedades autóctonas presentes en el lugar para determinar si la bioestimulación es posible. Después de descubrir las bacterias autóctonas que se encuentran en el lugar, si las bacterias autóctonas pueden metabolizar los contaminantes, se implementarán más cultivos de bacterias autóctonas en el lugar para impulsar la degradación de los contaminantes. El bioaumento es la introducción de más arqueas o cultivos bacterianos para mejorar la degradación de los contaminantes, mientras que la bioestimulación es la adición de suplementos nutricionales para las bacterias autóctonas para promover el metabolismo bacteriano. Si la variedad autóctona no tiene la capacidad metabólica para realizar el proceso de remediación, se introducen variedades exógenas con vías tan sofisticadas. La utilización de bioaumentación proporciona avances en los campos de la ecología y biología microbiana, la inmovilización y el diseño de biorreactores. [2]
La bioaumentación se utiliza comúnmente en el tratamiento de aguas residuales municipales para reiniciar los biorreactores de lodos activados . La mayoría de los cultivos disponibles contienen cultivos microbianos que ya contienen todos los microorganismos necesarios ( B. licheniformis , B. thuringiensis , P. polymyxa , B. stearothermophilus , Penicillium sp. , Aspergillus sp. , Flavobacterium , Arthrobacter , Pseudomonas , Streptomyces , Saccharomyces , etc.) . Los sistemas de lodos activados generalmente se basan en microorganismos como bacterias, protozoos, nematodos, rotíferos y hongos, que son capaces de degradar la materia orgánica biodegradable. Hay muchos resultados positivos del uso de bioaumentación, como la mejora de la eficiencia y la velocidad del proceso de descomposición de sustancias y la reducción de partículas tóxicas en un área. [3]
La bioaumentación es favorable en suelos contaminados que han sido sometidos a biorremediación, pero que aún representan un riesgo ambiental. Esto se debe a que los microorganismos que estaban originalmente en el ambiente no cumplieron su tarea durante la biorremediación cuando se trataba de descomponer los químicos en el suelo contaminado . El fracaso de las bacterias originales puede deberse a tensiones ambientales, así como a cambios en la población microbiana debido a las tasas de mutación. Cuando se agregan microorganismos, son potencialmente más adecuados a la naturaleza del nuevo contaminante, mientras que los microorganismos más antiguos son similares a la contaminación y la contaminación más antiguas. [4] Sin embargo, este es simplemente uno de muchos factores; El tamaño del sitio también es un determinante muy importante. Para ver si se debe implementar el bioaumento, se debe considerar el entorno general. Además, algunos microorganismos altamente especializados no son capaces de adaptarse a determinadas condiciones del sitio. La disponibilidad de ciertos tipos de microorganismos (como los utilizados para la biorremediación) también puede ser un problema. Aunque la bioaumentación puede parecer una solución perfecta para suelos contaminados, puede tener desventajas. Por ejemplo, el tipo incorrecto de bacteria puede provocar la obstrucción de acuíferos, o el resultado de la remediación puede ser incompleto o insatisfactorio. [4]
En sitios donde el suelo y el agua subterránea están contaminados con etenos clorados, como tetracloroetileno y tricloroetileno , se puede utilizar la bioaumentación para garantizar que los microorganismos in situ puedan degradar completamente estos contaminantes a etileno y cloruro , que no son tóxicos. Por lo general, la bioaumentación solo se aplica a la biorremediación de etenos clorados, aunque existen cultivos emergentes con el potencial de biodegradar otros compuestos, incluidos BTEX , cloroetanos , clorometanos y MTBE . La primera aplicación reportada de bioaumentación para etenos clorados fue en la Base de la Fuerza Aérea Kelly , TX. [5] La bioaumentación generalmente se realiza junto con la adición de un donante de electrones (bioestimulación) para lograr condiciones geoquímicas en el agua subterránea que favorezcan el crecimiento de los microorganismos declorantes en el cultivo de bioaumentación.
Incluir más microbios en un ambiente es beneficioso para la velocidad de la duración de la limpieza. La interacción y competencias de dos compuestos influyen en el desempeño que podría tener un microorganismo, original o nuevo. Esto se puede probar colocando un suelo que favorezca a los nuevos microbios en el área y luego observando el rendimiento. Los resultados mostrarán si el nuevo microorganismo puede desempeñarse lo suficientemente bien en ese suelo con otros microorganismos. Esto ayuda a determinar la cantidad correcta de microbios y sustancias autóctonas que se necesitan para optimizar el rendimiento y crear un cometabolismo. [4]
Un ejemplo de cómo la bioaumentación ha mejorado el medio ambiente es el de las aguas residuales de la planta de coque en China. El carbón en China se utiliza como principal fuente de energía y el agua contaminada contiene contaminantes tóxicos nocivos como amoníaco , tiocianato , fenoles y otros compuestos orgánicos, como aromáticos mono y policíclicos que contienen nitrógeno , heterocíclicos que contienen oxígeno y azufre e hidrocarburos aromáticos polinucleares. . Las medidas anteriores para tratar este problema fueron un sistema aeróbico-anóxico-óxico, extracciones con solventes, extracción de corriente y tratamiento biológico. Se ha informado que la bioaumentación elimina el 3-clorobenzoato, el 4-metilbenzoato, el tolueno , el fenol y los disolventes clorados .
El reactor anaeróbico estaba lleno de medios semiblandos, que estaban construidos con un anillo de plástico y un hilo de fibra sintética. El reactor anóxico es un reactor completamente mezclado, mientras que el reactor óxico es un biorreactor híbrido al que se le añadieron portadores de espuma de poliuretano . Se utilizó agua del reactor anóxico, del reactor ódico y del tanque de sedimentación y tenía mezclas de diferentes cantidades de microbios viejos y desarrollados con una concentración de 0,75 y 28 grados Celsius. La tasa de degradación de los contaminantes dependía de la cantidad de concentración de microbios. En la comunidad microbiana mejorada, los microorganismos autóctonos descompusieron los contaminantes de las aguas residuales de la planta de coque, como las piridinas y los compuestos fenólicos . Cuando se agregaron microorganismos heterótrofos autóctonos, convirtieron muchos compuestos moleculares grandes en compuestos más pequeños y simples, que podrían tomarse de compuestos orgánicos más biodegradables. Esto demuestra que el bioaumento podría usarse como una herramienta para la eliminación de compuestos no deseados que no se eliminan adecuadamente mediante el sistema de tratamiento biológico convencional. Cuando la bioaumentación se combina con el sistema A1-A2-O para el tratamiento de aguas residuales de plantas de coque, resulta muy potente. [6]
En la industria petrolera , existe un gran problema con la forma en que se eliminan los pozos de perforación de los yacimientos petrolíferos. Muchos solían simplemente colocar tierra sobre el hoyo, pero es mucho más productivo y económicamente beneficioso utilizar el bioaumento. Con el uso de microbios avanzados, las empresas de perforación pueden tratar el problema en el yacimiento petrolífero en lugar de transferir los desechos. Específicamente, algunas bacterias pueden metabolizar los hidrocarburos aromáticos policíclicos , lo que reduce significativamente el daño ambiental causado por las actividades de perforación. [7] Dadas las condiciones ambientales adecuadas, se colocan microbios en el pozo de petróleo para descomponer los hidrocarburos y junto a ellos se encuentran otros nutrientes. Antes del tratamiento había un nivel total de hidrocarburos de petróleo (TPH) de 44.880 ppm , que en tan solo 47 días el TPH se redujo a un nivel de 10.000 ppm a 6.486 ppm. [8]
Ha habido muchos casos en los que el bioaumento tuvo deficiencias en su proceso, incluido el uso del organismo equivocado. [9] La implementación de bioaumentación en el medio ambiente puede plantear problemas de depredación, competencia nutricional entre bacterias autóctonas e inoculadas, inoculaciones insuficientes y alteración del equilibrio ecológico debido a grandes inoculaciones. [10] Cada problema se puede resolver utilizando diferentes técnicas para limitar las posibilidades de que ocurran estos problemas. La depredación se puede prevenir mediante altas dosis iniciales de bacterias inoculadas o un tratamiento térmico antes de la inoculación, mientras que la competencia nutricional se puede resolver con bioestimulación. Las inoculaciones insuficientes pueden tratarse mediante inoculaciones repetidas o continuas y las inoculaciones grandes se resuelven con dosis de bacteria altamente controladas.
Los ejemplos incluyen que las bacterias introducidas no logran mejorar la degradación dentro del suelo [11] y las pruebas de bioaumentación fallan a escala de laboratorio, pero tienen éxito a gran escala. [12] Muchos de estos problemas ocurrieron porque las cuestiones de ecología microbiana no se tomaron en consideración para mapear el desempeño del bioaumento. Es crucial considerar la capacidad de los microbios para resistir las condiciones de la comunidad microbiana en la que se ubicarán. En muchos de los casos que fallaron, solo se consideró la capacidad de los microbios para descomponer compuestos y menos su idoneidad en las comunidades existentes y el estrés competitivo resultante. [13] Es mejor identificar las comunidades existentes antes de observar las cepas necesarias para descomponer los contaminantes. [14]
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