Bioaumentación - Bioaugmentation
El aumento biológico es la adición de arqueas o cultivos bacterianos necesarios para acelerar la tasa de degradación de un contaminante . 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 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 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.
La bioaumentación se usa 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 se basan generalmente 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 en la eficiencia y la velocidad del proceso de descomposición de sustancias y la reducción de partículas tóxicas en un área.
Aplicaciones
Remediación del suelo
La bioaumentación es favorable en suelos contaminados que han sido sometidos a biorremediación, pero aún representan un riesgo ambiental. Esto se debe a que los microorganismos que estaban originalmente en el medio ambiente no cumplieron con su tarea durante la biorremediación cuando se trataba de descomponer los productos químicos en el suelo contaminado . La falla 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 para la naturaleza del nuevo contaminante, mientras que los microorganismos más antiguos son similares a la contaminación y la contaminación más antiguas. Sin embargo, este es simplemente uno de los muchos factores; El tamaño del sitio también es un factor 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 determinados entornos. La disponibilidad de ciertos tipos de microorganismos (utilizados para la biorremediación) también puede ser un problema. Aunque la bioaumentación puede parecer una solución perfecta para suelos contaminados, puede tener inconvenientes. Por ejemplo, el tipo incorrecto de bacteria puede resultar en acuíferos potencialmente obstruidos, o el resultado de la remediación puede ser incompleto o insatisfactorio.
Bioaumentación de disolventes clorados
En sitios donde el suelo y el agua subterránea están contaminados con etenos clorados, como tetracloroetileno y tricloroetileno , se puede usar bioaumentación para asegurar que los microorganismos in situ puedan degradar completamente estos contaminantes a etileno y cloruro , que no son tóxicos. La bioaumentación generalmente 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 Kelly Air Force Base , TX. La bioaumentación se realiza típicamente 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.
Fitness de nicho
Incluir más microbios en un ambiente es beneficioso para la velocidad de la duración de la limpieza. La interacción y competiciones de dos compuestos influyen en el rendimiento 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 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 co-metabolismo.
Aguas residuales de plantas de coque en China
Un ejemplo de cómo la bioaumentación ha mejorado un medio ambiente es en 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 previas para tratar este problema fueron un sistema aeróbico-anóxico-óxico, extracciones con solventes, stripping y tratamiento biológico. Se ha informado que la bioaumentación elimina el 3-clorobenzoato, el 4-metil benzoato, el tolueno , el fenol y los disolventes clorados .
El reactor anaeróbico se rellenó 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, del reactor ódico y del tanque de sedimentación y se mezcló con 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 descomponen 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 la bioaumentación podría usarse como una herramienta para la eliminación de compuestos no deseados que no se eliminan adecuadamente mediante un sistema de tratamiento biológico convencional. Cuando la bioaumentación se combina con el sistema A1 – A2 – O para el tratamiento de las aguas residuales de las plantas de coque, resulta muy potente.
Limpieza de petróleo
En la industria del petróleo , existe un gran problema con la forma en que se eliminan los pozos de perforación de campos petrolíferos. Muchos solían simplemente colocar tierra sobre el pozo, pero es mucho más productivo y económicamente beneficioso usar bioaumentación. Con el uso de microbios avanzados, las empresas de perforación pueden tratar el problema en el pozo del campo 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. Dadas las condiciones ambientales adecuadas, los microbios se colocan en el pozo de petróleo 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.
Fallos y posibles soluciones
Ha habido muchos casos en los que la bioaumentación tuvo deficiencias en su proceso, incluido el uso del organismo equivocado. 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. 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 con un tratamiento térmico antes de la inoculación, mientras que la competencia nutricional se puede resolver con la bioestimulación. Las inoculaciones insuficientes pueden tratarse mediante inoculaciones repetidas o continuas y las inoculaciones grandes se resuelven con dosis altamente controladas de la bacteria.
Los ejemplos incluyen que las bacterias introducidas no mejoran la degradación dentro del suelo, y los ensayos de bioaumentación fallan a escala de laboratorio, pero tienen éxito a gran escala. Muchos de estos problemas ocurrieron porque no se tomaron en consideración los problemas de ecología microbiana para mapear el desempeño de la bioaumentación. Es crucial considerar la capacidad de los microbios para resistir 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 los compuestos y menos su aptitud en las comunidades existentes y el estrés competitivo resultante. Es mejor identificar las comunidades existentes antes de analizar las tensiones necesarias para descomponer los contaminantes.