Desarrollo y optimización de un proceso secuencial de biorremediación de suelos antárticos contaminados con hidrocarburos : caracterización de la flora microbiana involucrada y de los contaminantes

• Main Author: Martínez Álvarez, Lucas Manuel
• Other Authors: Ruberto, Lucas, Mac Cormack, Walter, Gutkind, Gabriel, Korol, Sonia, Morelli, Irma
• Format: Doctoral or Postdoctoral Thesis
• Language: Spanish
• Published: Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica 2018
• Subjects: Antártida; Suelos; Biorremedación; Optimización; Hidrocarburo; Ciencia de la vida; Alta; Argentina; Consecuencia; Martínez; Antártica
• Online Access: http://repositoriouba.sisbi.uba.ar/gsdl/cgi-bin/library.cgi?a=d&c=posgrauba&cl=CL1&d=HWA_2213; http://repositoriouba.sisbi.uba.ar/gsdl/collect/posgrauba/index/assoc/HWA_2213.dir/2213.PDF

Fil: Martínez Álvarez, Lucas Manuel. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Buenos Aires, Argentina Los enormes niveles de producción y consumo de combustibles derivados del petróleo a lo largo de todo el mundo generan indefectiblemente episodios de contaminación. La Antártida no se ve exenta de esta problemática, con numerosos eventos registrados a lo largo de los años en suelos, aguas y sedimentos de este continente, como consecuencia de las actividades de almacenamiento y transporte de combustible que allí se realizan para la generación de electricidad y el movimiento de vehículos. Para recuperar estos suelos de la contaminación se cuenta con numerosas técnicas, basadas en diferentes fundamentos. Entre ellas, la biorremediación resulta la más adecuada, al remover el contaminante en niveles elevados, de forma amigable con el medio ambiente, a un costo considerablemente bajo, y sobre todo, sin un requerimiento significativo de infraestructura y logística, característica clave para el desarrollo de estos tratamientos en el continente antártico. Particularmente para los suelos de este continente, la biorremediación es llevada a cabo principalmente por microorganismos. Dada la legislación que rige sobre la Antártida, dichos microorganismos deben ser autóctonos, lo que junto con las estrictas condiciones ambientales obliga al desarrollo de procesos de biorremediación con microorganismos sicrófilos o sicrotolerantes. El desafío consta, por ende, en alcanzar una alta eficiencia de remoción on-site que permita la recuperación de la matriz contaminada, a partir de la utilización de dichos microorganismos. Este desarrollo presentaría la ventaja de no requerir costosos procesos de calefacción ni de traslado del suelo. El objetivo de este trabajo de tesis fue el desarrollo de procesos eficientes de recuperación de suelos contaminados con hidrocarburos, mediante una optimización previa de las variables clave del proceso de bioestimulación, y el posterior escalado del proceso a campo en condiciones operativas reales en una base antártica argentina. La optimización comprendió hallar la relación C:N:P que maximizara la remoción de los hidrocarburos por parte de la flora microbiana habitante del suelo, utilizando la metodología estadístico-matemática de Superficie de Respuesta a escala laboratorio. Una vez obtenida esta relación que optimizó la remoción, se evaluó el desempeño de la estrategia a campo, bajo condiciones operativas y ambientales reales y a escalas mayores. Para ello, se conformaron biopilas in-situ en una base antártica argentina durante los meses de verano 2013/2014. El diseño de las biopilas fue en forma de pirámide truncada debido a su buena relación superficie/volumen. En ellas, el suelo se dispuso sobre geomembranas de alta densidad, inertes frente a hidrocarburos y que evitan el lixiviado o diseminación del contaminante. El diseño probó ser adecuado para el tratamiento on-site de los suelos, así como también lo fue la relación C:N:P optimizada, alcanzándose niveles de remoción del contaminante superiores al 75% en apenas 40 días de tratamiento. A fin de evaluar la reproducibilidad de este desarrollo, el diseño fue replicado al año siguiente, durante el verano 2014/2015. Además de analizar el desempeño del nuevo tratamiento, se evaluó la influencia de distintas variables sobre la eficiencia del mismo, sobre todo de factores como la temperatura ambiente, la temperatura de las biopilas y del suelo, las horas de sol, la concentración inicial del contaminante y la conductividad, entre otras. Estas variables, a diferencia de lo que ocurre en el laboratorio, donde la posibilidad de control es mucho mayor, frecuentemente no son controlables en los ensayos a campo. Este estudio permitió dilucidar no sólo el rol que las variables ambientales y fisicoquímicas tienen en los ensayos de biorremediación a campo en la Antártida, sino también su influencia sobre los aspectos biológicos del proceso. En ese sentido, las temperaturas alcanzadas dentro de las biopilas (vinculadas fuertemente a las horas de sol totales recibidas) resultaron clave en los valores de eficiencias alcanzadas. Además, si bien el nivel inicial de contaminación del suelo mostró influir sobre la eficiencia del proceso, esta variable no puede ser controlada en el desarrollo elegido, pero bien puede conocerse de antemano el desempeño que dichos niveles puedan tener a lo largo de distintos niveles de contaminación. Esta comprensión permitirá planear y diseñar los tratamientos on-site con mayor conocimiento de la situación, buscando maximizar su eficiencia. Adicionalmente, el estudio de los géneros microbianos habitantes de estos suelos, así como el conocimiento de sus capacidades catabólicas puede contribuir enormemente al desarrollo de esquemas mixtos y/o secuenciales de biorremediación. Por un lado, conocer las dinámicas de las comunidades bacterianas en los suelos tratados permite dilucidar y comprender el rol que cada género o grupo bacteriano cumple en cada uno de los estadíos del tratamiento. Este estudio permitió entender que las alternancias en la comunidad bacteriana entre estrategas r (como Pseudomonas sp.) y estrategas k (Rhodococcus sp.) resultaron ser los principales cambios que sufre la comunidad a lo largo de un proceso de biorremediación. Estos cambios se deberían por ende a una degradación diferencial de los hidrocarburos a manos de cada uno de esos grupos. Por otro lado, el aprovechamiento de cepas con capacidad de producción de biosurfactantes o aquellas con una alta velocidad de crecimiento y amplias capacidades catabólicas, puede considerarse de un gran interés para complementar la bioestimulación previamente ensayada. El bioaumento secuencial (posterior a la bioestimulación) realizado con cepas con estas capacidades presenta el potencial de poder aumentar la eficiencia de remoción total del tratamiento, al verse favorecida la degradación de aquellos compuestos que resultaron recalcitrantes en la primera etapa de bioestimulación. Las cepas de Pseudomonas sp. y Penicilium sp. aisladas, identificadas y caracterizadas en este trabajo de tesis presentan dicho potencial. Los resultados, herramientas biológicas y conclusiones obtenidos de este trabajo de tesis permiten afrontar exitosamente el tratamiento de suelos antárticos contaminados (y de regiones frías en general a lo largo de todo el mundo) en procesos on-site en Antártida, haciendo innecesario el transporte de los mismos fuera del área antártica para su tratamiento, reduciendo el costo de su tratamiento y, por ende, aumentando su factibilidad.