Factores de movilización y disminución del riesgo en la biodisponibilidad y degradación bacteriana de contaminantes orgánicos en sistemas porosos

Abstract

En esta tesis doctoral se ha llevado a cabo una investigación básica sobre el proceso de biorremediación enfocado a sistemas porosos contaminados con hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAPs). Se han estudiado diferentes factores de movilización implicados en el proceso, así como de los riesgos asociados a dicha movilización, dentro del contexto de su aplicación como innovaciones en la biorremediación. La hipótesis general de partida de esta tesis doctoral ha sido que la movilización de estos contaminantes hidrófobos y de las bacterias capaces de degradarlos puede tener efectos positivos sobre las tasas de biodegradación, a través de un aumento de la biodisponibilidad y de la bioaccesibilidad a los focos de contaminación. Sin embargo, la aplicación de estas técnicas también puede tener consecuencias negativas, derivadas de la movilización, tanto de los contaminantes como de los microorganismos que pueden generar problemas a medio y largo plazo. De esta forma, se ha determinado, por una parte, que la aplicación de técnicas electrocinéticas puede tener un efecto sobre la movilización de los HAPs, aumentando su disponibilidad para la biodegradación. Por otra parte, se ha investigado cómo los diferentes patrones de movilidad bacteriana, originados como respuestas tácticas, pueden modularse para tener efectos positivos sobre el transporte de los microorganismos hacia los contaminantes de difícil acceso, es decir, aquellos que se encuentran adsorbidos en los microporos del suelo. Por último, se ha realizado una prueba de concepto sobre el control del riesgo generado por estos factores de movilización mediante el empleo de plantas en asociación con las bacterias y de biocarbón. En los estudios sobre electrocinética, se comprobó que la aplicación de una corriente eléctrica de baja intensidad en un sistema poroso contaminado con naftaleno permitía una mayor interacción de la bacteria Pseudomonas fluorescens LP6a con el contaminante, provocando un aumento en las tasas de biodegradación del naftaleno. Estos experimentos se llevaron a cabo en un nuevo sistema de columnas electrocinéticas en las que el contaminante se introdujo en un reservorio al inicio del influente, controlando la exposición de bacterias depositadas en las columnas. El estudio de la movilización celular se realizó mediante ensayos capilares para determinar la capacidad quimiotáctica de la estirpe Pseudomonas putida G7 frente a diferentes compuestos. Mientras que salicilato, ácido γ-aminobutírico (GABA), citrato y exudados de raíces artificiales (AREs) causaron una respuesta de atracción celular, las nanopartículas de Fe (nZVIs) y glucosa indujeron una respuesta de repelencia e hipermovilidad, respectivamente. El estudio de la capacidad de movilización de la estirpe se realizó como paso previo a los experimentos para testar la capacidad de transporte bacteriano a través de microporosidades mediante el empleo de un novedoso sistema de biorreactores de membrana. La utilización de GABA y en especial de AREs, provocó una movilización bacteriana muy significativa a tamaños de poro considerados restrictivos (5 μm y 3 μm), mientras que, para el resto de sustancias empleadas, la respuesta celular fue moderada. La hipótesis de que un aumento del transporte puede provocar un aumento de la biodegradación de los contaminantes por una mayor accesibilidad, se realizó mediante técnicas de radiorespirometría para naftaleno y de fluorimetría para pireno en biorreactores. En ambos casos, GABA y AREs provocaron aumentos en las tasas de degradación a tamaños de poro de 5 μm. También se comprobó un aumento de la biodegradación de pireno en sistemas porosos saturados mediante el empleo de columnas de percolación. Los posibles riesgos asociados a estos mecanismos de recuperación de suelos se analizaron en un experimento de invernadero modelo con arena contaminada con pireno, donde el empleo de girasoles en conjunto con P. putida G7 y una capa de biocarbón provocaron una menor detección del compuesto en los lixiviados y una mayor translocación en plantas con la consiguiente disminución del riesgo asociado a la biorremediación.