La biodegradabilidad ha sido definida como la capacidad intrínseca de una sustancia a ser transformada en una estructura química más simple por vía microbiana. En el mismo sentido una sustancia es biodegradable cuando puede ser descompuesta con cierta rapidez por organismos vivientes (bacterias, hongos, gusanos e insectos), de los cuales los más importantes bacterias aerobias. Lo contrario corresponde a sustancias no biodegradables, como plásticos, latas, vidrios que no se descomponen o desintegran, o lo hacen muy lentamente. Algunos órganoclorados, los metales pesados, algunas sales, los detergentes de cadenas ramificadas y ciertas estructuras plásticas no son biodegradables.
Sin embargo el que una sustancia pueda ser degradada o descompuesta no implica que es biodegradable, ya que los procesos químicos y físicos del ambiente pueden producir degradación de ciertas sustancias, sin que intervengan organismos vivos. Muchos productos artificiales son biodegradables, pero otros (insecticidas organoclorados y detergentes "duros") son muy resistentes a la acción bacteriana, mientras el vidrio y las latas no son biodegradables según el límite de tiempo que impone el concepto de biodegradabilidad, generalmente de menos de 20 meses.
Cada material contaminante tiene sus propios tiempos de degradación, entre ellos encontramos los vasos plásticos de polipropileno, el vidrio y el icopor (100 años), los envases tetra-pack depende de sus componentes, el alunimio dura (30 años), las bolsas de plástico (150 años), el papel (1 año), los pitillos y tapones plásticos (mas de 100 años), las tapas de botellas (30 años) y los jabones (161 días) (Biodegradabilidad y contaminación.pdf). Entre los derivados del petróleo las fracciones de alcanos (incluidos los alcanos normales y ramificados) tienen una biodegradabilidad alta; los compuestos aromáticos e hidrocarburos policiclicos aromáticos (de mayor importancia debido a su toxicidad y tendencia a bioacumulación) tienen una biodegradabilidad media; mientras la fracción polar, que son las resinas (piridinas, quinolinas, carbazoles, sulfóxidos y amidas) y asfaltenos (fenoles, ácidos grasos, cetonas, esteres y porfirinas) son de muy baja biodegradabilidad (Orosco Verdezoto & Soria Guano, 2008).
De las distintas familias de hidrocarburos del petróleo, los n-alcanos y los alcanos ramificados (isoprenoides) de cadena intermedia (10 a 20 carbonos) son los sustratos más fácilmente degradables por los microorganismos del suelo, y que por lo tanto tienden a ser eficazmente biodegradados. Sin embargo, los alcanos de cadena larga (> 20 carbonos) son más difíciles de degradar debido a su (elevado peso molecular) y su baja solubilidad en agua. Los cicloalcanos, por norma general, se degradan más lentamente que los n-alcanos y alcanos ramificados. De igual forma, los HAPs que contienen de 2 a 3 anillos aromáticos pueden ser biodegradados eficazmente en el suelo en condiciones ambientales óptimas, mientras que los HAP de 4 anillos, y especialmente, los de 5 o más anillos bencénicos presentan una mayor recalcitrancia inherente y una baja solubilidad. Las fracciones de resinas y asfaltenos son las que presentan una menor degradabilidad debido a las complejas estructuras químicas y al elevado peso molecular de sus moléculas (Torres Delgado & Zuluaga Montoya, 2009).
El crecimiento de los microorganismos degradadores depende de varios factores como la presencia de nutrientes suficientes, la disponibilidad de humedad, oxígeno, temperatura y pH idóneos. Por su parte, la biodegradabilidad también depende de la complejidad compuesto a degradar y del microorganismo utilizado. No existen organismos especializados para cada tipo de sustancias(Morán y Morán & Espinosa Marván, 2008)
La biodegradación se puede presentar tanto en condiciones aerobias (bacterias, hongos, algas y plantas superiores) como anaerobias (bacterias):
Biodegradación aerobia: en presencia de oxígeno suficiente y otros nutrientes elementales, los organismos degradan los contaminantes orgánicos hasta convertirlos finalmente en dióxido de carbono (CO2), agua (H2O) y nueva biomasa celular. En la Bioestimulación es común la inyección del agua junto con los nutrientes y oxígeno disuelto, que favorezca el proceso. En algunas ocasiones y para microorganismos concretos se puede añadir peróxido de hidrógeno disuelto, que dará lugar al oxígeno para que éste actúe como aceptor final de electrones.
Biodegradación anaerobia: en ausencia de oxígeno (condiciones anaerobias), los contaminantes orgánicos son metabolizados hasta metano (CH4) y cantidades limitadas de dióxido de carbono (CO2) e hidrógeno molecular (H2). Bajo condiciones sulfato-reductoras, el sulfato es transformado a ión sulfuro o azufre elemental; y bajo condiciones nitrato-reductoras se genera como producto final nitrógeno molecular (N2). A menudo, los contaminantes son degradados a compuestos intermedios o finales que son más tóxicos que el contaminante inicial. Por ejemplo, la biodegradación anaerobia del 1,1,1-tricloroetano, más conocido como TCE, generará cloruro de vinilo, el cual es más tóxico y persistente. Este Compuesto Orgánico Volatil (COV) puede ser degradado si se crean condiciones aerobias.
El CO2 y CH4 son considerados como los indicadores de cantidad de sustrato utilizado por los microorganismos, en procesos de biodegradación y es la base para los estándares ASTM, ISO, EN y OECD para medir la biodegradabilidad de las sustancias químicas.
Técnicas como la Respirometría se basa en la medición del consumo de oxígeno por parte de microorganismos que trabajan sobre un sustrato orgánico, el cual es degradado y oxidado a CO2. Los análisis respirométricos permiten adquirir datos sobre el consumo de oxígeno en respuesta al metabolismo de un sustrato por la respiración de microorganismos tanto en condiciones aeróbias como anaerobias. La Respirometría ahorra tiempo y trabajo requeridos con los experimentos de agotamiento de substratos y provee puntos de referencia de alta calidad para la valoración de parámetros biocinéticos (Morán y Morán & Espinosa Marván, 2008).
La técnica de agotamiento de sustratos mas conocidas es el DBO5 o demanda bioquímica de oxígeno, es una prueba empírica que se utiliza para determinar los requerimientos relativos de O2 de las aguas. Mide el O2 utilizado durante un periodo de incubación especificado (5 días) para la degradación bioquímica de materia orgánica y de forma menos importante el gastado en la oxidación de los compuestos inorgánicos como sulfuros, ión ferroso, etc, y también el utilizado para oxidar compuestos reductores de N2, a no ser que se adicione un inhibidor. La técnica se refiere a la determinación de la degradación de sustancias principalmente orgánicas por microorganismos. Para llevar a cabo esta degradación, las bacterias toman oxígeno del medio y liberan CO2 (Morán y Morán & Espinosa Marván, 2008).
Finalmente, para la evaluación de la biodegradabilidad se han diseñado una serie de pruebas, las cuales buscan cuantificar el grado de persistencia de estructuras químicas en ambientes naturales o industriales, los cuales aparecen en el Cuadro a.
No hay comentarios:
Publicar un comentario