MODELO DE TRABAJO

1. documento de revisión
Los factores que limitan las tecnologías de
biorremediación
R. Boopathy
Abstracto
El uso de microorganismos para destruir o reducir la concentración de,los desechos peligrosos en un sitio
contaminado se denomina biorremediación. Tal sistema de tratamiento biológico tiene varias aplicaciones,
entre ellas,la limpieza de sitios contaminados,tales como agua,suelos,lodos,y corrientes de
desechos. El tratamiento de la costa de Alaska de Prince William Sound después de que el derrame de
petróleo del Exxon Valdez en 1989 es un ejemplo común en el que los métodos de biorremediación
consiguieron la atención del público. Hay muchos otros casos de éxito de biorremediación en la limpieza
de derrames de productos químicos,fugas en los tanques de almacenamiento subterráneo de gasolina,y
muchos e.uents industriales tóxicos. En este documento se describen los distintos factores,incluyendo la
científica, no científico, y reglamentario,que limitan el uso de tecnologías de biorremediación. Ó2000
Elsevier Science Ltd. Todos los derechos reservados.
Palabras clave: La biorremediación; Bioquímica; La biodisponibilidad; tratamiento biológico; En el lugar; bioactividad
1. Introducción
La contaminación de suelos, aguas subterráneas, sedimentos, aguas superficiales, como aéreas
con productos químicos peligrosos y tóxicos es uno de los principales problemas que enfrenta el
mundo industrializado de hoy. La lista de prioridad nacional contiene actualmente más de 1200
sitios, con los sitios potenciales de numeración más de 32 000 (Baker y Herson, 1994). La
necesidad de remediar estos sitios ha dado lugar al desarrollo de nuevas tecnologías que hacen
hincapié en la destrucción de los contaminantes en lugar del enfoque convencional de
eliminación. La biorremediación, el uso de microorganismos o procesos microbianos para
degradar los contaminantes ambientales, se encuentra entre estas nuevas tecnologías. La
biorremediación tiene numerosas aplicaciones, incluyendo la limpieza de las aguas
subterráneas, suelos, lagunas, lodos, y las corrientes de desechos proceso. La biorremediación
se ha utilizado en aplicación muy gran escala, como se demuestra por la orilla de la línea de los
esfuerzos de limpieza en Prince William Sound, Alaska, después del derrame de petróleo de
Exxon. A pesar de que la limpieza de derrames de petróleo de Alaska representa el más amplio
uso de la biorremediación en cualquiera de los sitios, ha habido muchos otros aplicación exitosa
en menor escala.
La biorremediación frecuencia debe abordar, entornos heterogéneos multifásicos, tales como
suelos en el que el contaminante está presente en asociación con las partículas del suelo,
disueltos en líquidos de suelo, y en la atmósfera del suelo. Debido a estas complejidades, la
biorremediación éxito depende de un enfoque interdisciplinario que involucra disciplinas como la
ingeniería, microbiología, ecología, geología y química. En este trabajo, algunos de los
obstáculos, tanto científicas como nonscientic, a la biorremediación se discuten.
2. Los métodos de biorremediación
2.1. Los métodos in situ y ex situ
Tecnologías de biorremediación pueden ser ampliamente clasificadas-ficado como ex situ e in
situ. Tecnologías ex situ son aquellos tratamientos que implican la eliminación física del material
contaminado para el proceso de tratamiento. Por el contrario, in situ técnicas implican el
tratamiento del material contaminado en su lugar. Algunos de los ejemplos de in situ y ex situ
biorremediación son los siguientes:
1. Agricultura del terreno: Solid-fase sistema de tratamiento de suelos contaminados: se puede
realizar in situ o ex situ.
2. El compostaje: aeróbico, termófilo proceso de tratamiento en el que el material contaminado
se mezcla con un agente de carga; se puede hacer uso de pilas estáticas o montones aireados.
3. biorreactores: Biodegradación en un contenedor o reactor; puede ser utilizado para tratar
líquidos o lodos.
4. Bioventilación: Método de tratamiento de suelos contaminados por el dibujo de oxígeno a
través del suelo para estimular la actividad microbiana.

2. 5. Los biofiltros: El uso de columnas de extracción microbiano para el tratamiento de las
emisiones al aire.
6. Bioaumentación: La adición de cultivos bacterianos a un medio contaminado; con frecuencia
se utiliza en tanto in situ como sistemas ex situ.
7. La bioestimulación: La estimulación de las poblaciones microbianas indígenas en los suelos o
las aguas subterráneas, proporcionando los nutrientes necesarios.
8. biorremediación intrínseca: biorremediación sin ayuda del contaminante; Sólo un seguimiento
regular se lleva a cabo.
9. El bombeo y tratamiento: el bombeo de agua a la superficie, tratamiento y reinyección.
2.2. Ventajas y desventajas de la biorremediación
Para la biorremediación para tener éxito, los métodos de biorremediación dependen de que los
microbios correctas en el lugar correcto con los factores ambientales adecuadas para que se
produzca la degradación. Los microbios adecuadas son bacterias u hongos, que tienen las
capacidades fisiológicas y metabólicas de degradar los contaminantes. La biorremediación
ofrece varias ventajas sobre las técnicas convencionales tales como vertederos o por
incineración. La biorremediación se puede hacer en el lugar, es a menudo menos costoso y
perturbación de la parcela es mínima, se elimina el derroche de forma permanente, elimina
pasivo a largo plazo, y tiene una mayor aceptación pública, con el estímulo de regulación, y
puede ser junto con otros métodos de tratamiento físicos o químicos . La biorremediación tiene
también sus limitaciones. Algunos productos químicos no son susceptibles a la biodegradación,
por ejemplo, metales pesados, radionucleidos y algunos compuestos clorados. En algunos
casos, el metabolismo microbiano de contaminantes puede producir metabolitos tóxicos. La
biorremediación es un procedimiento científicamente intensivo que deben adaptarse a las
condiciones específicas del lugar, lo que significa que uno tiene que hacer estudios de tratabilidad
en una pequeña escala antes de la actual limpieza de los sitios. Algunas de las preguntas que
uno tiene que responder antes de usar técnicas de biorremediación son: es el contaminante
biodegradable?biodegradación se produce en el sitio de forma natural? son las condiciones
ambientales apropiadas para la biodegradación? si los residuos no se biodegrada por completo,
¿dónde va a ir?Estas preguntas pueden ser respondidas por hacer la caracterización del sitio y
también por los estudios de tratabilidad.
2.3. Fisiología de los microbios de biodegradación
Un proceso de biorremediación se basa en las actividades de los microorganismos heterótrofos
aerobios o anaerobios. La actividad microbiana se ve afectada por una serie de parámetros
ambientales fisicoquímicas. Los factores que influyen directamente en la biorremediación son
fuentes de energía (donantes de electrones), receptores de electrones, nutrientes, pH,
temperatura, y sustratos inhibidores o metabolitos.
Una de las diferencias principales entre los suelos superficiales, suelos y sedimentos zona no
saturada de agua subterránea es el contenido de materia orgánica. Suelos superficiales, que
normalmente reciben entradas regulares de la materia orgánica de las plantas, tendrán un mayor
contenido de materia orgánica. El alto contenido de materia orgánica se asocia típicamente con
un alto número de microbios y una gran diversidad de poblaciones microbianas. La materia
orgánica sirve como un almacén de carbono y energía, así como una fuente de otros
macronutrientes tales como nitrógeno, fósforo, y azufre. Subsuelo y sedimentos de aguas
subterráneas tienen niveles más bajos de materia orgánica y por lo tanto el número de microbios
más bajos y diversidad de la población que los suelos superficiales (Adriaens y Hickey,
1993). Las bacterias se hacen más dominantes en la comunidad microbiana al aumentar la
profundidad en el perfil del suelo como el número de otros organismos tales como hongos o
actinomicetos disminución. Esto se atribuye a la capacidad de las bacterias de utilizar aceptores
de electrones alternativos al oxígeno. Otros factores que controlan las poblaciones microbianas
son el contenido de humedad, Oxígeno Disuelto, y la temperatura.
2.4. Los procesos metabólicos
Metabolismo primario de un compuesto orgánico se ha definido como el uso del sustrato como
una fuente de carbono y energía. Este substrato sirve como un donador de electrones que resulta
en el crecimiento microbiano. Aplicación de cometabolismo al sitio-remediación de xenobióticos

3. se requiere cuando el compuesto no puede servir como una fuente de carbono y energía por la
naturaleza de la estructura molecular, que no induce las enzimas catabólicas requeridas. El
término co-metabolismo se ha definido como el metabolismo de un compuesto que no sirve como
fuente de carbono y energía o como un nutriente esencial que puede lograrse sólo en la
presencia de un sustrato primario (enzima que induce).
Procesos aeróbicos se caracterizan por actividades metabólicas que implican oxígeno como
reactivo. Dioxigenasas y monooxigenasas son dos de las principales enzimas empleadas por los
organismos aerobios durante la transformación y la mineralización de los xenobióticos. Microbios
anaerobios se aprovechan de una serie de receptores de electrones, los cuales, dependiendo de
su disponibilidad y las condiciones imperantes redox, incluyen nitrato, hierro, manganeso, sulfato,
y dióxido de carbono.
3. Factores que afectan a la biorremediación Científicas
3.1. Fuentes de energia
Una de las variables principales que afectan la actividad de las bacterias es la capacidad y la
disponibilidad de los materiales orgánicos reducidos para servir como fuentes de energía (Tabla
1).Ya sea un contaminante servirá como fuente de energía eficaz para un organismo aeróbico
heterotrófica es una función del estado de oxidación medio del carbono en el material. En
general, los estados de oxidación más altos corresponden a rendimientos más bajos de energía
que aumentará los incentivos con menos energía para la degradación de microorganismos. El
resultado de cada proceso de degradación depende de microbiana (concentración de biomasa,
la diversidad de la población, las actividades enzimáticas), sustrato (características físico-
químicas, la estructura molecular, y de la concentración), y una gama de factores ambientales
(pH, temperatura, contenido de humedad, Eh, disponibilidad de aceptores de electrones y
fuentes de carbono y de energía) (Tabla 1). Estos parámetros afectan el período de aclimatación
de los microbios al sustrato. La estructura molecular y la concentración de contaminantes han
sido demostrado que afectan fuertemente la viabilidad de la biorremediación y el tipo de
transformación microbiana que ocurre, y si el compuesto servirán como un sustrato primario,
secundario o co-metabólico.
tabla 1
Los principales factores que afectan a la biorremediación
Microbiano
Se alcanza el crecimiento hasta que la biomasa crítico
La mutación y la transferencia horizontalde genes
La inducción enzimática
El enriquecimiento de las poblaciones microbianas capaces
La producción de metabolitos tóxicos
Ambiental
El agotamiento de los substratos preferenciales
La falta de nutrientes
Condiciones ambientales inhibidores
sustrato
Demasiado baja concentración de contaminantes
Estructura química de los contaminantes
La toxicidad de los contaminantes
La solubilidad de los contaminantes
Biológico aeróbico vs proceso anaeróbico
Potencial de oxidación / reducción
La disponibilidad de aceptores de electrones
Microbiana población presente en el sitio
Sustrato de crecimiento vs co-metabolismo
Tipo de contaminantes
Concentración
Fuente de carbono presente alternativo
La interacción microbiana (la competencia, la sucesión y la depredación)
Biodisponibilidad físico-química de los contaminantes
sorción de equilibrio
sorción irreversible

4. La incorporación en los asuntos húmicos
Limitaciones de transferencia de masa
La difusión de oxígeno y la solubilidad
La difusión de nutrientes
Solubilidad / miscibilidad en / con agua
3.2. La biodisponibilidad
La velocidad a la que las células microbianas pueden convertir contaminantes durante la
biorremediación depende de la tasa de absorción de contaminantes y el metabolismo y la tasa
de transferencia a la célula (transferencia de masa). Aumento de la capacidad de conversión
microbiana no conducen a tasas de biotransformación más altas cuando la transferencia de masa
es un factor limitante (Boopathy y Manning, 1998). Este parece ser el caso en los suelos y
sedimentos más contaminadas. Por ejemplo, los explosivos contaminantes en el suelo no se
sometieron a proceso de biodegradación incluso después de 50 años. Los tratamientos que
implican mezcla rigurosa del suelo y la ruptura de las partículas de suelo más grandes estimulan
la biodegradación drásticamente (Manning et al., 1995). La biodisponibilidad de un contaminante
es controlado por un número de procesos físico-químicas, tales como la adsorción y desorción,
la difusión y disolución. Una biodisponibilidad reducida de contaminantes en el suelo es causada
por la transferencia de masa lento para los microbios degradantes. Los contaminantes no están
disponibles cuando la tasa de transferencia de masa es 0. La disminución de la biodisponibilidad
en el curso de tiempo se denomina a menudo como el envejecimiento o la intemperie. Puede ser
resultado de:
1. Reacciones de oxidación química que incorporan contaminantes en la materia orgánica
natural,
2. lenta difusión en poros muy pequeños y absorptioninto materia orgánica, y
3. La formación de películas semi-rígidos alrededor de los líquidos en fase no acuosa (NAPL)
con una alta resistencia a la transferencia de masa NAPL-agua.
Estos problemas de biodisponibilidad se pueden superar mediante el uso de tensioactivos de
grado alimenticio (Boopathy y Manning, 1999), que aumentan la disponibilidad de salas de
contaminantes para la degradación microbiana.
3.3. Bioactividad y bioquímica
El término bioactividad se utiliza para indicar el estado de funcionamiento de los procesos
microbiológicos. Mejora de la bioactividad implica que las condiciones del sistema se ajustan
para optimizar la biodegradación (Blackburn y Hafker, 1993). Por ejemplo, si el uso de la
biorremediación requiere el cumplimiento de un determinado tipo mínimo, el ajuste de las
condiciones para mejorar la actividad de biodegradación se vuelve importante y una
configuración de biorremediación que hace que este control posible tiene una ventaja sobre uno
que no lo hace.
En la naturaleza, la capacidad de los organismos para la transferencia de contaminantes a ambas
moléculas complejas más simples y es muy diversa. A la luz de nuestra limitada capacidad actual
para medir y controlar las vías bioquímicas en entornos complejos, las conversiones bioquímicas
favorables o desfavorables son evaluados en términos de si individual o de grupos de los
compuestos originales se eliminan, si el aumento de la toxicidad es el resultado del proceso de
biorremediación, ya veces si los elementos en el compuesto original se convierten en metabolitos
medibles. Estas actividades bioquímicas pueden ser controlados en una operación en situ
cuando se puede controlar y optimizar las condiciones para conseguir un resultado deseable.
4. Los criterios no técnicos
Además de los obstáculos técnicos para la biorremediación, algunos de los criterios no técnicos
que afectan a la biorremediación son la capacidad para alcanzar el objetivo de limpieza
requerido, aceptable coste relativo a que exista opciones de rehabilitación, riesgos aceptables
en contaminantes residuales que queda después de la biorremediación, la percepción pública
favorable, percepción favorable de regulación, la capacidad para cumplir con las limitaciones de
tiempo, y la capacidad de ajustarse a las limitaciones de espacio.
4.1. Factores no científicos que afectan a la biorremediación
Varios factores no científicos obstaculizan el desarrollo de tecnologías de biorremediación y
algunos de ellos se analizan a continuación:
4.1.1. factores reguladores

5. La normativa, tanto en coche y limitan el uso de la biorremediación. Reglamento crea el mercado
biorremediación dictando lo que debe ser limpiado, lo limpio que debe ser y que métodos de
limpieza puede ser utilizado (Caplan, 1993). El uso de microorganismos genéticamente
modificados (GEMS) presenta obstáculos regulatorios adicionales. Hay un gran debate sobre si
se debe usar natural o gemas en la biorremediación. Las ventajas de los microbios de origen
natural actualmente superan a los de gemas.
La regulación puede tener un impacto en la biorremediación de tres maneras diferentes:
1. Creación de mercados: los programas ambientales federales requieren tratamiento de los
residuos que se repiten y remediación de desechos contaminantes existentes suelos y aguas
subterráneas (Day, 1993).
2. Control del producto: leyes y regulaciones ambientales pueden especificar criterios de salud y
seguridad de los productos antes de que puedan ser comercializados en EE.UU..
3. Control de Sustancias Tóxicas acto de inventario (TSCA): Todos los nuevos productos
químicos que se comercializan en los Estados Unidos deben estar inscritos en este
inventario.Microbios producen de forma natural ya están considerados en el inventario TSCA. No
hay regulaciones TSCA organismo específico sobre los microbios de origen natural; pero,
regulaciones específicas para las gemas están en desarrollo.
4. Otros programas de regulación: La Administración de Alimentos y Drogas y el Departamento
de Agricultura de Estados Unidos controlan la introducción de la alimentación humana y
patógenos del suelo. La EPA regula el uso de los microbios como pesticidas bajo la Ley Federal
de Insecticidas, Fungicidas y Rodenticidas (Day, 1993).
5. Control del proceso: Las leyes y reglamentos ambientales pueden especificar cómo un
producto o equipo puede ser utilizado para lograr los objetivos específicos de gestión de
residuos.Algunas de las principales leyes ambientales de Estados Unidos que controlan el
proceso de biorremediación se enumeran a continuación:
· Ley de Control de Sustancias Tóxicas de 1976.
· Ley Federal de Control de la Contaminación del Agua de 1972, modificado por la Ley de Agua
Limpia de 1977 y la Ley de Calidad del Agua de 1987.
· Ley de Eliminación de Residuos Sólidos de 1965 modificada por la Ley de Conservación y
Recuperación de 1976 y las Enmiendas de Residuos Sólidos y Peligrosos de 1984.
· Integral de Respuesta, Compensación y Responsabilidad de 1980 modificada por las
enmiendas de Superfund y Reautorización de 1986.
· Ley de Aire Limpio de 1970 modificado por reformas a la CAA de 1977 y de 1990.
· Ley Nacional de Política Ambiental de 1969.
4.1.2. Factores técnicos y de investigación
Aunque hay un número de contaminantes que son biodegradables, incluyendo hidrocarburos de
petróleo, alcoholes y disolventes, muchos productos químicos industriales ampliamente usados
tales como los PCB, pesticidas, alquitranes de hulla, disolventes clorados, e hidrocarburos
aromáticos polinucleares no se degradan tan fácilmente. Por lo tanto es necesaria una
investigación más intensiva, pero la financiación para este tipo de investigación básica es cada
vez menor.
A diferencia de las tecnologías convencionales de tratamiento, la técnica de biorremediación
debe ser adaptado específicamente para cada sitio contaminado. Cada sitio de desechos tiene
características únicas, y por lo tanto requiere una atención individual. Hasta el momento, no se
han establecido criterios oficiales para evaluar el éxito o el fracaso de una estrategia particular.
4.1.3. Factor de recursos humanos
Debido a la biorremediación es una nueva tecnología, hay una falta de recursos humanos
capacitados en este campo. Un programa de biorremediación con éxito requiere un enfoque
multidisciplinario, integrando campos como la microbiología, la ingeniería, la geología, la
hidrogeología, la ciencia del suelo y gestión de proyectos. Las universidades no ofrecen
titulaciones en ingeniería y bioremediación tales
expertize combinado se puede adquirir sólo a través de la experiencia y formación en el trabajo.
4.1.4. Factor económico y la responsabilidad
A diferencia de otras industrias, la biorremediación no da lugar a la producción de productos de
alto valor añadido. Por lo tanto, el capital riesgo ha tardado en invertir en la tecnología y, como

6. consecuencia, la actividad comercial en I y D se ha quedado muy por detrás de otros sectores
industriales. Como biorremediación se considera una tecnología innovadora, los clientes y las
agencias reguladoras menudo examinar más de cerca la biorremediación que las tecnologías
convencionales. En consecuencia, mayores restricciones y normas de funcionamiento se dicta
con frecuencia en la biorremediación que en otras tecnologías de remediación. En última
instancia, puede conducir a un mayor riesgo desde una perspectiva de responsabilidad si el
programa de biorremediación no cumple los objetivos predeterminados.
5. Conclusiones
Cada uno de los factores mencionados anteriormente pueden limitar el uso de la biorremediación
en circunstancias específicas. Todos los factores son positivos en algunos casos en los que la
tecnología de biorremediación se ha completado con éxito. El conocimiento de la susceptibilidad
a la biodegradación de algunos contaminantes que aún falta realizar ensayos de toxicidad y es
cada vez más importante. Muchos informes indican que la biorremediación de hidrocarburos de
petróleo puede conducir a una toxicidad reducida y se han tomado como evidencia de la
bioquímica favorable en estos casos.
Hay muchos factores que limitan la biodisponibilidad y tienen el efecto de retardar el transporte
de compuestos específicos en la fase acuosa, donde se produce la absorción biológica
fácilmente. La importancia de la biodisponibilidad es fuertemente dependiente de la naturaleza
del contaminante, la química del suelo, y la matriz. En algunos casos, la biodisponibilidad es
relativamente poco importante, mientras que en otros puede ser crítica. La influencia de la
biodisponibilidad de sitio específico en la biorremediación debe ser considerado.
Bioactividad incluye la consideración de aquellos parámetros que han sido reconocidos como
influyentes en la tasa de biorremediación. Con configuraciones de biorremediación actuales, sólo
ciertos parámetros pueden ser manipulados. Esto sugiere que ciertos sitios pueden ser
particularmente favorable para estrategias in situ, debido a que la bioactividad se puede
mantener fácilmente.
Regulaciones ambientales de Estados Unidos son complejas; el proceso de promulgación regla
a menudo puede ser lento. La participación del Congreso y pública intensa puede dificultar la
redacción de los reglamentos que se reflejan en las experiencias de campo. Tecnologías que
emergen rápidamente, como biorremediación, se han retrasado por las políticas
gubernamentales que apoyan las tecnologías probadas solamente. La tendencia está cambiando
lentamente y para la biorremediación usando tanto indígenas como no indígenas, de origen
natural
microorganismos, los obstáculos regulatorios están disminuyendo.
Incluso con los obstáculos discutidos anteriormente, hay enormes oportunidades de mercado
para la biorremediación. Con los próximos 10 años, el suelo costos de limpieza solo se estima
que supera los 30 mil millones de dólares de Estados Unidos en Europa (Caplan, 1993). Esto se
compara con el dólar de los EE.UU. 1 mil millones gastados hasta el momento. Si sólo un 5% de
este suelo se limpia mediante biorremediación, 1,5 mil millones de dólares podrían ser obtenidos
a través de métodos de tratamiento biológico.