BIOPILAS

SISTEMA DE COMPOSTAJE

CUESTIONARIO

1. ¿De qué material es la base de la biopila?

La base de la biopila  puede ser un suelo arcilloso compactado, concreto o polietileno de alta densidad aserrín y/o arena.

2. ¿De qué material es la cubierta de la biopila?

La biopila debe cubrirse con un material inerte que puede ser grava, aserrín, polietileno de baja densidad, entre otros. En el caso de las biopilas estáticas, se requiere de la instalación de tubos de respiración

 3. Medidas de una biopila       

Dependerá de la cantidad de suelo a tratar.                                                                         

No existe una medida idealmente establecida para el largo y ancho de las pilas, esto generalmente depende del volumen de suelo a tratar y del área disponible. En el caso de biopilas estáticas, se recomienda que no excedan los 2.5 m de altura, con el fin de evitar problemas de difusión del aire a través de la composta. 

4. ¿Qué tipo de pruebas fisicoquímicas y biológicas se usan para el monitoreo y control del proceso?
PRUEBAS FISICOQUÍMICAS:

ü  pH: el rango de pH recomendado para que se lleve a cabo una buena degradación de hidrocarburos en suelos se encuentra entre 5 y 9, con un óptimo en 7.

ü  Temperatura

ü  Contenido de la humedad es una de las variables más importantes para favorecer la degradación de contaminantes orgánicos por los microorganismos. El rango de humedad recomendado para sistemas de composteo aplicados en la remediación de suelos contaminados por hidrocarburos es de 40 a 60%.

ü  Actividad de agua los valores de Aw indican la cantidad de agua disponible para que los microorganismos puedan desarrollar sus funciones metabólicas, la mayoría de ellos requiere valores mayores a 0.9 para su crecimiento de nutrientes.

ü  Concentración de oxígeno en el interior de la composta: cuando la velocidad de degradación de un compuesto es relativamente lenta, como en el caso de los hidrocarburos, el proceso puede seguirse continuamente por la cuantificación del co2 producido y/o el o2 consumido. La cantidad de co2 producido en un medio con hidrocarburos como única fuente de carbono, es una medida directa de su mineralización.

ü  Concentración del (los) contaminante (s).

ü  Conductividad eléctrica (ce): es uno de los parámetros más utilizados para estimar la salinidad en suelos.

                                     

 PRUEBAS BIOLÓGICAS:

Que sirven para cuantificar la población y actividad microbiana, así como la capacidad de biodegradación de los contaminantes presentes en el suelo.

5. ¿Cómo se monitorea la actividad de los microorganismos?

En las biopilas estáticas con sistema de inyección o extracción de aire, se puede determinar la actividad microbiana durante el tiempo real del proceso de composteo, mediante la medición del consumo de oxígeno o por la producción de bióxido de carbono en el vapor de salida de la biopila. Es recomendable realizar esta medición al menos en los primeros tres meses del tratamiento.
El resultado de estos análisis es de gran importancia para determinar el estado en el que se encuentra la biopila, lo que permite ajustar cada parámetro hasta obtener las condiciones óptimas de operación. De esta manera, es posible ajustar el ph, las velocidades del flujo de inyección o extracción de aire, el mezclado de la composta, la adición de agua, nutrientes y, en algunos casos, microorganismos exógenos adaptados para degradar cierto tipo de contaminantes.

6.Ventajas y desventajas del composteo
VENTAJAS:

ü  Son sistemas económicamente factibles, comparados con las tecnologías térmicas y fisicoquímicas tradicionales.

ü  Son tecnologías relativamente simples, comparadas con la mayoría de las tecnologías tradicionales. El diseño y construcción de las biopilas son relativamente sencillos.

ü  Pueden considerarse estrategias efectivas y ambientalmente “amigables”, ya que biotransforman parcial o totalmente los contaminantes en biomasa y productos estables e inocuos.

ü  El objetivo del composteo es la biodegradación (destrucción) y detoxificación de contaminantes, mientras que otras tecnologías, como la adsorción en carbón activado, el lavado, el confinamiento y solidificación/estabilización, únicamente transfieren los contaminantes de un medio a otro. Una consecuencia común de la actividad microbiana es la detoxificación de químicos tóxicos.

ü  El suelo biorremediado con el uso de sistemas de composteo, no necesita ser confinado posteriormente.

DESVENTAJAS:

ü  Está limitado a contaminantes orgánicos.

ü  Concentraciones muy altas de contaminantes pueden resultar tóxicas e inhibir la biodegradación. En el caso de hidrocarburos (htp), es recomendable que la concentración no exceda 50,000 ppm. Por otra parte, concentraciones de metales pesados mayores a 2,500 ppm pueden inhibir el crecimiento microbiano.

ü  Una disminución en la actividad microbiana provoca una disminución en la degradación y aumenta el periodo del tratamiento. Por ello, el éxito del proceso depende de la capacidad para crear y mantener las condiciones ambientales necesarias para el crecimiento microbiano.

ü  Existe el riesgo de que ciertos compuestos originalmente inocuos, puedan ser convertidos en productos tóxicos para una u otra especie.

ü  Es necesario contar con un espacio adecuado para montar los sistemas.

ü  El suelo contaminado debe excavarse, lo que puede provocar la liberación de compuestos orgánicos volátiles.

ü  El arrastre de vapores durante el proceso de aireación requiere de tratamiento antes de descargar a la atmósfera.

ü  Existe un incremento volumétrico del material a tratar por la adición de los agentes de volumen. Sin embargo, este problema queda solucionado con el tiempo de tratamiento.

ü  En general, los procesos de biorremediación requieren mayor tiempo de tratamiento que los físicos y químicos.

7. Costos y tiempos de tratamiento

COSTOS:
Los costos de las tecnologías de biorremediación se encuentran entre los $ 100 y $ 250 USD/m3,para el caso particular de las biopilas, los costos estimados se encuentran entre los $ 25 y $ 150 USD/m3

TIEMPOS DE TRATAMIENTO:Los tiempos de tratamiento pueden oscilar desde algunos meses hasta uno o dos años, dependiendo del tipo y condiciones del suelo, de la biodisponibilidad del contaminante y de las condiciones climáticas del sitio.

BIORREMEDIACIÓN

TRATAMIENTOS BIOLÓGICOS DE SUELOS CONTAMINADOS: CONTAMINACIÓN POR HIDROCARBUROS. APLICACIONES DE HONGOS EN TRATAMIENTOS DE BIORRECUPERACIÓN

Biodescontaminación: proceso espontáneo o dirigido  en el cual mediante procedimientos biológicos, se degradan o transforman los contaminantes hasta formas menos tóxicas o no tóxicas.

Los parámetros que se deben considerar para la caracterización de un emplazamiento contaminado son los siguientes:

Parámetros para la caracterización de un emplazamiento contaminado

ü  Biodegradabilidad

ü  Distribución del contaminante

ü  Potencial de lixiviación

ü  Reactividad química de los contaminantes

ü  Tipo y propiedades del suelo

ü  Disponibilidad del oxígeno

ü  Presencia o ausencia de sustancias inhibidoras

La base de los tratamientos biológicos de contaminaciones orgánicas es la capacidad de degradación de los microorganismos. El conocimiento de las características fisiológicas y bioquímicas, la ecología y genética de las especies son  necesarios para cumplir con el objetivo de los tratamientos para la descontaminación.

Uno de estos tratamientos es la utilización de hongos basidiomicetos ligninolíticos  que producen un conjunto de enzimas extracelulares para metabolizar la lignina, la capacidad de degradar a los contaminantes.

El método que se utilizaba  a comienzos de los años 1980 solía consistir en retirar los residuos y/o suelo contaminado a un vertedero  o cubrirlos con una capa impermeable, por esta razón s desarrollaron alternativas para solucionar de forma más permanente y menos costosa los espacios contaminados.

La degradación biológica es útil para muchos tipos de residuos orgánicos, son procesos naturales que no suponen un impacto adicional sobre los ecosistemas y se realizan a bajo coste.

Los tratamientos de biodescontaminación se basan en la acción de microorganismos o plantas sobre los productos contaminantes.

Los contaminantes tratados habitualmente por estos métodos son los compuestos orgánicos volátiles y semivolátiles no halogenados y los derivados del petróleo.

Los procesos biológicos tienen las ventajas de pe requerir inversiones moderadas, bajo consumo de energía, ser ambientalmente seguros y no generar residuos.

Técnicas para tratamiento de emplazamientos contaminados

La recuperación de un espacio contaminado agrupa tres categorías: confinamiento, limpieza y estrategia de respuesta.

Los métodos existentes para  tratar los suelos contaminados pueden ser de naturaleza física, química o biológica. La siguiente tabla menciona las técnicas de empleadas en  los tratamientos de descontaminación de suelos:

Tratamientos in situ
Fisicoquímicos	Biológicos
Extracción con vapor	Biodescontaminación
Lavado	Fitodescontaminación
Separación electrocinética
Solidificación

Tratamientos ex situ
Fisicoquímicos	Térmicos	Biológicos
Extracción con disolventes	Desorción térmica	Laboreo agrícola
Lavado	Incineración	Biopilas
Oxido- reducción		Biodegradación en reactor
Deshalogenación química
Silidificación y estabilización

El tratamiento biológico mediante plantas (fitodescontaminación) implica el uso de vegetales superiores para retirar, contener, acumular, o degradar los contaminantes ambientales del suelo, aguas subterráneas, aguas superficiales, sedimentos y aire.

El tratamiento microbiológico de espacios contaminados se basa en la capacidad de diversos microorganismos, ya sean levaduras, hongos o bacterias para romper o degradar sustancias peligrosas convirtiéndolas en productos menos tóxicos o inocuos

El objetivo de las técnicas  de recuperación biológica, es la creación de las condiciones ambientales óptimas para que los microorganismos  se puedan desarrollar adecuadamente y provocar la máxima destoxificación.

Los microorganismos denominados endógenos se encuentran formando parte del ecosistema que se pretende descontaminar, es necesario establecer condiciones de temperatura, oxigenación, y contenido de nutrientes determinadas.

El tratamiento  biológico del entorno contaminado, puede tener lugar en condiciones aerobias y anaerobias, lo productos intermedios que se forman como consecuencia del metabolismo microbiano pueden ser menos, igual o más contaminantes que los originales.

Proceso de atenuación natural

  

Es un conjunto de procesos físicos químicos y biológicos, que espontáneamente ocurren en un espacio determinado, con posterioridad a la aparición de la contaminación.

 

La atenuación natural es considerada una alternativa aceptable, la biodegradación es uno de sus componentes más importantes, los hidrocarburos del petróleo (BTEX) y algunos hidrocarburos policíclicos aromáticos pueden ser degradados en condiciones ambientales adecuadas, los hidrocarburos del petróleo son más móviles en el ambiente son los más fáciles de degradar.

Para que los mecanismos funciones se deben de identificar los siguientes aspectos:

ü  Características del suelo: tipo, conductividad hidráulica y contenido orgánico.

ü  Características de las aguas subterráneas: dirección, gradiente y velocidad de flujo, temperatura,  pH y oxígeno disuelto.

ü  Grado de contaminación.

ü  Vías de migración, área geográfica del emplazamiento.

En muchos casos la atenuación natural no va a producirse con la celeridad y eficacia suficiente para esto es necesario realizar actuaciones de saneamiento o recuperación.

Tratamiento biológico in situ de suelos contaminados

Ventajas	Desventajas	Objetivos
No requiere excavar y retirar el suelo contaminado.	Es muy lento	oxigenar al suelo
Poca liberación de polvo y contaminantes	Dificultad en mantener las condiciones	Aportar nutrientes a los microorganismos
Mayor volumen de descontaminación	Dependencia del tipo de suelo

Tratamiento biológico de aguas subterráneas

Pretende aumentar la velocidad del proceso de degradación natural, que tiene lugar en el suelo embebido de agua que se encuentra por debajo de la capa freática, el dispositivo para tratar aguas subterráneas consiste en un pozo para extraer el agua contaminada, un sistema superficial de tratamiento en el que se añade oxígeno y nutrientes y otros pozos adicionales de reinyección el agua tratada.

La difusión de aire consiste en bombear aire a dichas aguas para extraer los contaminantes en combinación de técnicas de extracción.

Tratamiento biológico ex situ de suelos contaminados

Técnicas de tratamiento:

ü  Tratamientos de lodos. El suelo se combina con agua y otros aditivos en un biorreactor, se controlan las condiciones de tratamiento se añaden nutrientes y oxígeno.

ü  Tratamiento en fase sólida. Se requiere que el área de aplicación disponga de sistemas  colectores adecuados para evitar contaminación en caso de escapes. Incluye dos modalidades, en la primera el  suelo se excava y se extiende sobre una superficie dotada  de un sistema para recoger los lixiviados contaminados el suelo se remueve periódicamente para favorecer su aireación. La humedad y los nutrientes se controlan para optimizar el rendimiento del proceso y evitar las perdidas por volatilización de los contaminantes. El otro es el tratamiento en pilas en este el suelo es distribuido en montones de varios metros de altura, colocándose sobre un sistema de distribución de aire.

Biodisponibilidad de los contaminantes e interacciones con matriz de suelo

El concepto de biodisponibilidad engloba diferentes factores, físicos, químicos y biológicos del entorno y es diferente para diferentes organismos.

La biodisponibilidad en el suelo se deben de tomar características como la textura, granulometría y la composición del suelo determinan.

Los compuestos orgánicos en el suelo, vienen determinados por: características del suelo, propiedades de los compuestos y factores ambientales como temperatura y precipitación.

 La combinación puede hacer que el compuesto y siga diferentes vías, como lixiviación a la fase acuosa, biodegradación, volatilización al aire, unión a las fases sólidas del suelo y transferencia a organismos.

Interacciones de los compuestos orgánicos en la matriz del suelo:

Proceso de envejecimiento de la contaminación

Valoración de la biodisponibilidad

Se evaluada con dos perspectivas distintas, química o biológica.La biodegradación debe cumplir con dos requisitos:

ü  El compuesto debe de ser accesible al organismo que se trate.

ü  El compuesto como tal debe de ser biodegradable.

Estos métodos incluyen: mineralización de análogos marcados  con C hasta CO2 o sobre las variaciones de la remoción de carbono orgánico disuelto.

La bioluminiscencia evalúa la biodisponibilidad midiendo el impacto de los contaminantes sobre la actividad  de organismos luminiscientes. La cadena de transporte electrónico del organismo en cuestión es una medida del la actividad metabólica. Es una técnica rápida y poco costosa que permite obtener buenos resultados.

Química de los hidrocarburos del petróleo

El grupo de hidrocarburos del petróleo comprende un gran número de compuestos. Existen tres grupos mayoritarios:

Alcanos (parafinas)	Olefinas	Hidrocarburos aromáticos
Se encuentran en la gasolina, queroseno, diesel.	Se forman en el proceso de ferino del crudo
Los tres tipos de parafinas  son alcanos lineales, ramificados  y naftalenos.	Tienen dobles enlaces en su estructura	Pueden ser de un solo anillo  BTEX
En los naftalenos los átomos de carbono están dispuestos en uno o mas anillos.		También pueden contener varios anillos como el naftaleno, antraceno, pireno.

Tratamiento biológico de contaminaciones por petróleo y sus derivados

Los derivados del petróleo establecen tres categorías:

1.       Residuos de las refinerías de petróleo y contaminación del área próxima al emplazamiento de las mismas

2.       Fugas en las condiciones o en los tanques subterráneos de almacenamiento

3.       Derrames de crudo el el mar después de accidentes en buques de transporte.

Para considerar una degradación biológica se deben de tomar en cuenta ciertas consideraciones:

1.       La biodegradación de todos los hidrocarburos requiere la disponibilidad de aceptores de electrónicos.

2.       La biodegradación de alcanos deben de estar bien identificadas.

3.       Las bacterias producen surfactantes como respuesta a la presencia de hidrocarburos.

4.        aunque no se produzca biodegradación se pueden producir transformaciones beneficiosas.

La inoculación con microorganismos exógenos, no es general efectiva, los microorganismos endógenos resultan efectivos, siempre  y cuando, dispongan de los nutrientes adecuados y se les suplemente con oxígeno o peróxido de hidrógeno.

Para hacer estrategia de descontaminación biológica hay que conocer los compuestos contaminantes que están presentes y cuáles de ellos deben de  ser eliminados. Se debe de especificar qué tipos de microorganismos van a ser empleados y se debe de diseñar el método. Se puede establecer un sistema de evaluación en tres etapas :

1.       Estudios básicos de laboratorio

2.       Estudios con microcosmos usando  material de emplazamiento contaminado

3.       Evaluación  del tratamiento de emplazamiento en sistemas de mayor escala ya sea plantas piloto o instalaciones in situ.

Aplicación de hongos en tratamientos de biodescontaminación

La capacidad de los hongos para transformar una gran vs variedad  de compuestos  orgánicos  y llevarlos hasta CO2 y H2O ofrece un potencial indiscutible para su utilización en procesos de tratamiento de contaminación.

En las características de sistema enzimático y en su vigoroso crecimiento que les permite colonizar diferentes tipos de sustratos  y acceder a los compuestos que constituyen  las contaminaciones más frecuentes de los suelos. El elevado valor de la relación  superficie/volumen  celular de los hongos filamentosos se convierte en eficaces degradadores en determinados nichos como los suelos contaminados, tienen la capacidad para acumular metales pesados como cadmio, cobre, mercurio, plomo y zinc.

Los hongos  de podredumbre blanca disponen de una capacidad muy relevante degradan la lignina, un polímero polifenólico heterogéneo que es uno de los tres componentes principales de los sustratos  lignocelulósicos.

Los hongos lignocelulósicos más eficaces se encuentran entre los basidiomicetos, cuentan con una batería de enzimas extracelulares, oxidasas y peroxidasas que contribuyen a dispolimerizar la estructura de la lignina. La oxidación y ruptura de la molécula de lignina tiene como finalidad principal eliminar dicha barrera química y posibilitar el acceso a los polisacáridos de la madera que constituye una fuente de energía.

Entre los diferentes xenobióticos que pueden ser transformados por hongos basidiomicetos, se encuentran fundamentalmente: pesticidas, hidrocarburos aromáticos, compuestos orgánicos clorados, azocolorantes, etc. han sido utilizados para descontaminar suelos o aguas por su capacidad para degradar compuestos xenobióticos del tipo de hidrocarburos aromáticos policíclicos.

Se ha estimado la capacidad de estos hongos para degradar o modificar diferentes sustratos como pulpas papeleras, clorofenoles, hidrocarburos policíclicos aromáticos, lignina kraft, hidrocarburos policíclicos aromáticos.

Los hongos degradadores de lignina reúnen características ecológicas y metabólicas, son degradadores naturales de compuestos xenobióticos y se encuentran asociados a los espacios contaminados, su capacidad de desarrollarse sobre residuos agrícolas y forestales son de bajo coste y son producidos masivamente mediante técnica convencionales de uso industrial habitual esto los hace candidatos en el proceso de biorremediación.

Depende de los siguientes factores:

• cantidad y naturaleza de la materia orgánica
• Estructura y tamaño de poro
• Microfila del suelo
• Concentración del contaminante
•  Proceso d adsorción
• Atrapamiento de los microporos
•    El resultado final es el siguiente = Movilización de compuestos =
Desde los mas accesibles hasta los menos accesibles.

•Mas rápido, fácil de controlar.

 

•Requiere excavación y acondicionamiento del suelo contaminadoantes y despues de la fase de tratamiento biologico.