Biofiltros y Tratamiento de Aguas Contaminadas
1. Funciones de los Biofiltros en el Tratamiento de Aguas Contaminadas
Los biofiltros son sistemas esenciales en la depuración de efluentes, cumpliendo múltiples funciones:
- Permiten la remoción de sólidos, nutrientes (N y P), materia orgánica y metales pesados.
- Favorecen la actividad microbiana para la degradación de contaminantes.
- Las macrófitas pueden ejercer una depuración directa por la absorción de metales pesados y compuestos eutrofizantes (nitratos y fosfatos principalmente).
- Remoción de sólidos en suspensión mediante filtración y sedimentación.
- Eliminación de materia orgánica, reduciendo la Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO) por acción microbiana.
- Oxigenación del sistema, favoreciendo la actividad microbiana y la degradación de contaminantes.
2. Remoción de Sólidos por Plantas Semisumergidas (Lenteja de Agua)
La remoción de sólidos en sistemas con plantas semisumergidas, como la lenteja de agua, se lleva a cabo mediante procesos físicos y mecánicos:
- El lecho y las raíces de las plantas reducen la velocidad del agua.
- Se produce un tamizado en los espacios intersticiales del lecho filtrante.
- Se promueve la formación de partículas de mayor tamaño, facilitando la sedimentación y precipitación.
3. Remoción del Nitrógeno en Cuerpos de Agua Utilizando Biofiltros
La eliminación del nitrógeno se logra a través de una secuencia de procesos biológicos:
- Asimilación Vegetal: Las plantas incorporan el nitrógeno a sus tejidos para el crecimiento.
- Nitrificación (Condiciones Aeróbicas): Bacterias oxidan el amonio ($\text{NH}_4^+$) a nitrito ($\text{NO}_2^-$) y luego a nitrato ($\text{NO}_3^-$).
- Desnitrificación (Condiciones Anóxicas): Bacterias transforman el nitrato ($\text{NO}_3^-$) en nitrógeno gaseoso ($\text{N}_2$), el cual se libera a la atmósfera.
En resumen: Ocurre por asimilación vegetal, nitrificación aerobia y desnitrificación anaerobia, transformando nitratos en $\text{N}_2$ gaseoso liberado a la atmósfera.
Degradación de Materia Orgánica y Eficiencia Microbiana
4. Degradación Aeróbica y Anaeróbica de Materia Orgánica
La degradación de la materia orgánica varía significativamente según la disponibilidad de oxígeno, utilizando diferentes aceptores de electrones:
Degradación Aeróbica
El oxígeno ($\text{O}_2$) actúa como aceptor final de electrones, resultando en una mineralización completa:
$$\text{Sustrato} + \text{O}_2 \rightarrow \text{Biomasa} + \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O}$$
Degradación Anaeróbica
Se utilizan otros compuestos inorgánicos como aceptores de electrones ($\text{NO}_3^-$, $\text{SO}_4^{2-}$, $\text{Fe}^{3+}$, $\text{Mn}^{4+}$, $\text{CO}_2$):
$$\text{Sustrato} + (\text{NO}_3^-, \text{SO}_4^{2-}, \text{Fe}^{3+}, \text{Mn}^{4+}, \text{CO}_2) \rightarrow \text{Biomasa} + \text{CO}_2 + (\text{N}_2, \text{Mn}^{2+}, \text{S}^{2-}, \text{Fe}^{2+}, \text{CH}_4)$$
5. Fuente de Energía para el Crecimiento Microbiano
La energía necesaria para el crecimiento microbiano se obtiene durante la cadena de transporte de electrones.
6. Eficiencia de la Biorremediación Aeróbica
La biorremediación aeróbica es considerada más eficiente porque genera una degradación completa de los contaminantes, siendo el resultado final productos inocuos como el dióxido de carbono ($\text{CO}_2$) y el agua ($\text{H}_2\text{O}$).
Fitorremediación de Contaminantes Orgánicos y Metales Pesados
7. Fitorremediación de Contaminantes Orgánicos: Mecanismo de Acción
La fitorremediación de compuestos orgánicos lipofílicos se lleva a cabo en tres fases principales dentro de la planta:
- Activación Enzimática (Fase I): Conversión de los compuestos orgánicos lipofílicos mediante la activación de enzimas, principalmente las monooxigenasas P450.
- Conjugación (Fase II): Los metabolitos de la Fase I se conjugan con una molécula hidrofílica endógena (como azúcares y aminoácidos).
- Compartimentalización y Almacenamiento (Fase III): Los compuestos conjugados se almacenan de forma segura en las vacuolas o se incorporan a la matriz de la pared celular.
8. Variación de Parámetros en la Práctica de Fitorremediación con Biofiltros
En una práctica de fitorremediación de agua contaminada utilizando biofiltros con plantas sumergidas, se observaron las siguientes variaciones en los parámetros evaluados:
h4. Variables Evaluadas
- Variable Independiente (Tiempo de Retención): Se controló la variación de peso de la materia orgánica. Una muestra inicial de 5 gramos, evaluada en 14 días, mostró un aumento de 0.83 gramos, indicando una posible acumulación de materia orgánica adsorbida del agua.
- Variable Dependiente (Oxígeno Disuelto – OD): El OD inicial fue de 0.12 mg/L. (El resultado final aún está pendiente de cálculo).
- pH: El pH inicial fue de 6.0. Después de 14 días, el pH alcanzó 7.2, demostrando que el sistema se volvió más neutro.
- Temperatura: Se mantuvo controlada en un rango de 17 a 23 ºC.
9. Tecnologías de Fitorremediación para Metales Pesados en Suelos
Para la remoción de metales pesados de suelos contaminados, las tecnologías de fitorremediación más eficientes son:
h4. Fitoestabilización
Permite inmovilizar contaminantes en el suelo a través de su absorción y acumulación en las raíces o bien, por precipitación en la zona de la rizosfera. Es ideal para reducir la dispersión de contaminantes.
h4. Fitoextracción o Fitoacumulación
Consiste en la absorción de metales contaminantes mediante las raíces de las plantas y su posterior acumulación en tallos y hojas. Requiere la cosecha y disposición final de la biomasa contaminada.
h4. Rizofiltración
Utiliza las raíces de las plantas para eliminar contaminantes del medio hídrico (aplicable a aguas residuales o subterráneas).
h4. Fitovolatilización
Se produce a medida que los árboles y otras plantas absorben agua junto con contaminantes orgánicos e inorgánicos, transformándolos en formas volátiles que se liberan a la atmósfera a través de las hojas.
h4. Fitoinmovilización
Provoca la sujeción y reducción de la biodisponibilidad de los contaminantes. Inactiva las sustancias tóxicas, ya sea por procesos de absorción, adsorción o precipitación.
Biorremediación de Suelos Contaminados con Hidrocarburos
10. Técnica de Biorremediación para Suelos Contaminados con Hidrocarburos
El método de Landfarming es una técnica de biorremediación altamente recomendada para tratar suelos contaminados con hidrocarburos debido a sus múltiples ventajas:
- Estimula microorganismos nativos presentes en el suelo.
- Reduce eficazmente los hidrocarburos.
- Es de bajo costo y fácil de aplicar.
- Permite restaurar suelos degradados y favorece el repoblamiento vegetal.
- Aprovecha la actividad hidrocarburolítica natural del suelo.