La ampliación biológica es la adición de cultivos de arqueas o bacterias necesarios para acelerar la tasa de degradación de un contaminante . [1] Los organismos que se originan en áreas contaminadas pueden ya ser capaces de descomponer los desechos, pero tal vez de manera ineficiente y lenta.
La bioaumentación es un tipo de biorremediación en la que se requiere estudiar las variedades autóctonas presentes en el lugar para determinar si es posible la bioestimulación . Después de descubrir las bacterias autóctonas que se encuentran en el lugar, si las bacterias autóctonas pueden metabolizar los contaminantes, se implementarán más cultivos bacterianos autóctonos en el lugar para impulsar la degradación de los contaminantes. La bioaumentación es la introducción de más cultivos de arqueas o bacterias para mejorar la degradación de 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 la bioaumentación proporciona avances en los campos de la ecología y la biología microbianas, 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 la bioaumentación, como la mejora en la eficiencia y 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 originalmente estaban en el medio 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 ser causado por tensiones ambientales, así como por 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 contaminación anteriores. [4] Sin embargo, este es solo uno de los muchos factores; el tamaño del sitio también es un determinante muy importante. Para ver si se debe implementar la bioaumentación, se debe considerar el entorno general. Además, algunos microorganismos altamente especializados no son capaces de adaptarse a ciertas configuraciones del sitio. La disponibilidad de ciertos tipos de microorganismos (como los que se usan para la biorremediación) también puede ser un problema. Aunque la bioaumentación puede parecer una solución perfecta para el suelo contaminado, puede tener desventajas. Por ejemplo, el tipo incorrecto de bacteria puede provocar la obstrucción de los acuíferos, o el resultado de la remediación puede ser incompleto o insatisfactorio. [4]
En los 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. La bioaumentación normalmente solo se aplica a la biorremediación de etenos clorados, aunque hay 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 Aérea Kelly , TX. [5] La bioaumentación generalmente se realiza junto con la adición de 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.
La incorporación de más microbios en un entorno es beneficiosa para la velocidad de la limpieza. La interacción y la competencia entre dos compuestos influyen en el rendimiento que puede tener un microorganismo, original o nuevo. Esto se puede comprobar colocando en la zona un suelo que favorezca a los nuevos microbios y observando después el rendimiento. Los resultados mostrarán si el nuevo microorganismo puede funcionar 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 un medio ambiente es el tratamiento de aguas residuales de una planta de coque en China. En China, el carbón 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 monocíclicos 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 disolventes, destilación de corrientes y tratamiento biológico. Se ha informado que la bioaumentación elimina 3-clorobenzoato, 4-metilbenzoato, tolueno , fenol y disolventes clorados .
El reactor anaeróbico se llenó con medios semiblandos, que se construyeron con un anillo de plástico y una cuerda de fibra sintética. El reactor anóxico es un reactor completamente mixto, mientras que el reactor óxico es un biorreactor híbrido en el que se agregaron portadores de espuma de poliuretano . Se utilizó agua del reactor anóxico, el reactor ódico y el tanque de sedimentación y se mezclaron diferentes cantidades de microbios antiguos y desarrollados con una concentración de 0,75 y 28 grados Celsius. La tasa de degradación de contaminantes dependía de la cantidad de concentración de microbios. En la comunidad microbiana mejorada, los microorganismos autóctonos descompusieron los contaminantes en las aguas residuales de la planta de coque, como las piridinas y los compuestos fenólicos . Cuando se agregaron microorganismos heterotróficos autóctonos, convirtieron muchos compuestos moleculares grandes en compuestos más pequeños y simples, que podrían tomarse de compuestos orgánicos más biodegradables. Esto demuestra que la bioaumentación 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, es muy potente. [6]
En la industria petrolera , existe un gran problema con la forma en que se desechan los pozos de perforación de yacimientos petrolíferos. Muchos solían simplemente colocar tierra sobre el pozo, pero es mucho más productivo y económicamente beneficioso utilizar la bioaumentación. Con el uso de microbios avanzados, las empresas de perforación pueden tratar el problema en el pozo del yacimiento petrolífero en lugar de transferir los desechos. Específicamente, los hidrocarburos aromáticos policíclicos pueden ser metabolizados por algunas bacterias, lo que reduce significativamente el daño ambiental de las actividades de perforación. [7] Si se dan las condiciones ambientales adecuadas, se colocan microbios en el pozo petrolífero para descomponer los hidrocarburos y junto con otros nutrientes. Antes del tratamiento, había un nivel total de hidrocarburos de petróleo (TPH) de 44.880 ppm , que en solo 47 días el TPH se redujo a un nivel de 10.000 ppm a 6.486 ppm. [8]
Se han dado muchos casos en los que la bioaumentación ha tenido deficiencias en su proceso, incluido el uso del organismo equivocado. [9] La implementación de la 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 con altas dosis iniciales de las bacterias inoculadas o un tratamiento térmico antes de la inoculación, mientras que la competencia nutricional se puede resolver con bioestimulación. Las inoculaciones insuficientes se pueden tratar con inoculaciones repetidas o continuas y las inoculaciones grandes se resuelven con dosis de las bacterias altamente monitoreadas.
Algunos ejemplos incluyen que las bacterias introducidas no mejoran la degradación dentro del suelo [11] y que los ensayos de bioaumentación fracasan a escala de laboratorio, pero tienen éxito a gran escala [12] . Muchos de estos problemas ocurrieron porque no se tomaron en cuenta los problemas de ecología microbiana para mapear el desempeño de la bioaumentación. Es crucial considerar la capacidad de los microbios para soportar las condiciones en la comunidad microbiana en la que se colocarán. En muchos de los casos que han fallado, solo se consideró la capacidad de los microbios para descomponer compuestos y menos su aptitud 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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