BIORREMEDIACION DE SUELOS CONTAMINADOS CON HIDROCARBUROSUTILIZANDO BACTERIAS ANTARTICAS SICROTOLERANTES

Ruberto, Lucas1; Vazquez, Susana1; Lo Balbo, Alfredo2; Mac Cormack, Walter3

1 FFyB, UBA. Junín 956 6º piso (C1113AAD) Buenos Aires, Argentina. lruberto@ffyb.uba.ar,svazquez@ffyb.uba.ar, lbalbo55@hotmail.com2 IAA, Cerrito 1248 (C1010AAZ) Buenos Aires, Argentina. wmac@ffyb.uba.ar

Palabras clave: biorremediación, bacterias sicrotolerantesKeywords: bioremediation, psychrotolerant bacteria

RESUMEN

La biorremediación es la herramienta más adecuada para la recuperación de sueloscontaminados con hidrocarburos. En la Antártida las condiciones climáticas y lasreglamentaciones internacionales exigen la utilización de cepas autóctonas sicrotolerantes.En este trabajo se muestran ensayos a campo en donde se evaluó la eficiencia de labioestimulación y la biomagnificación sobre suelos antárticos contaminados en forma aguday crónica con hidrocarburos.

ABSTRACT

Bioremediation is the best tool for the clean up of hydrocarbons contaminated soils. InAntarctica, climate conditions and regulations determine the use of indigenous psychrotoler-ant strains. In this work we show field assays evaluating the efficiency of biostimulation andbioaugmentation on Antarctic soils under acute and chronic hydrocarbon contamination.

INTRODUCCIÓN

El tratamiento de suelos contaminados con hidrocarburos es esencial para mantenerla calidad del medio ambiente. Debido a limitaciones en los recursos, los procesos delimpieza son prohibitivos. Los costos elevados se exacerban en regiones de clima frío comola Antártida, debido al difícil acceso para la maquinaria pesada y la falta de infraestructura(Reynols y col. 1997). Además, el uso de los hidrocarburos, en las regiones de clima frío,para la generación de electricidad, calor y movimiento de vehículos, resulta en infinidad depequeños o medianos derrames. A esto se suma la necesidad de transporte de estoscombustibles, con el riesgo potencial que esto implica. Esta situación hace indispensable laaplicación de tratamientos de bajo costo que sean logísticamente posibles. Labiorremediación es una herramienta efectiva para mejorar la degradación de contaminantes

en suelo. La temperatura es un factor limitante de estos procesos, por lo que resultaadecuado el uso de bacterias sicrotolerantes (Whyte y col. 2001). Se ha propuesto a labiomagnificación como la estrategia más efectiva (Collerman 1997, Coulon y Delille 2003,Cuningham y Philp 2000); sin embargo, la optimización de factores físicos y/o químicos delsuelo contaminado mejora la actividad degradadora de la microflora autóctona, haciendoinnecesaria la aplicación de técnicas de biomagnificación (Ruberto y col. 2003). EnArgentina, muchas áreas de clima frío muestran contaminación por hidrocarburos. Esteproblema incluye las inmediaciones de las bases Antárticas, donde las condicionesclimáticas y las regulaciones internacionales hacen indispensable el uso demicroorganismos autóctonos. Los objetivos de este trabajo son: analizar el efecto de labioestimulación y la biomagnificación en la eficiencia de la biorremediación de un sueloantártico con historia de contaminación; caracterizar las cepas y consorcios bacterianosutilizados y desarrollar un sistema de biorremediación de suelos contaminados conhidrocarburos, logística y económicamente viable, utilizando bacterias sicrotolerantesaisladas de la Antártida.

METODOLOGÍA

Se realizaron ensayos en diferentes escalas: microcosmos (Duarte da Cunha yFerreyra, 2000) de 0.25 kg en frascos, microcosmos de 3 kg en bandejas y parcelas de 50kg de suelo, todos expuestos a las condiciones ambientales antárticas. Los sueloscrónicamente contaminados se obtuvieron de las áreas de manejo de combustible de lasbases Jubany y Marambio . El suelo se tomó de la capa superficial, hasta los 20 cm deprofundidad. Los ensayos de contaminación aguda se realizaron utilizando suelos de lasmismas áreas y contaminándolos con diferentes hidrocarburos puros o mezclas complejassegún el objetivo de cada ensayo. En los sistemas con biomagnificación, se utilizaron comoinóculo, cepas y consorcios bacterianos sicrotolerantes aislados de suelos con historia decontaminación con Gas Oil y/o JP1 provenientes de la bases antes nombradas. Se utilizaronlas siguientes cepas: ADH (Rhodococcus sp.), DM1-41 (Stenotrophomonas maltophilia),MP2-4 (Stenotrophomonas sp.), M10dp (Pseudomonas sp.) y los consorcios bacterianosM10 y J13. Todas las cepas y consorcios tienen capacidad para utilizar distintoshidrocarburos (alifáticos y aromáticos) como única fuente de carbono y energía (Bej y col.2000; Mac Cormack, 1999, Margesin y Schinner 1997). Se evaluó la desaparición abióticade hidrocarburos, la respuesta de la microflora autóctona a la presencia de loscontaminantes (Aislabie y col. 2001), el efecto de la bioestimulación con N y P y labiomagnificación con cepas y consorcios de bacterias sicrotolerantes con capacidaddegradadora de hidrocarburos conocida. Se realizaron recuentos en placa de

microorganismos viables, concentración de hidrocarburos totales por espectroscopíainfrarroja (IR) y análisis cualitativo y cuantitativo de hidrocarburos por cromatografíagaseosa y espectrometría de masa (MS-GC).

RESULTADOS

En todos los ensayos se observó que las condiciones climáticas antárticas producenuna importante eliminación abiótica de los contaminantes que osciló entre el 40% y el 60%de la carga inicial. Los ensayos en frascos mostraron que, cuando el suelo prístino fuesometido a una contaminación aguda con gasoil existió una significativa respuesta de lamicroflora autóctona (35% de remoción comparado con el control abiótico). Sin embargo lapresencia de un inóculo externo produjo una significativa reducción en la concentración finalde los contaminantes (81,1% de remoción). Ensayos en bandejas utilizando suelocontaminado con un hidrocarburo aromático policíclico (fenantreno) mostraron resultadossimilares.

Cuando se analizaron suelos crónicamente contaminados en sistemas de bandejas, laflora autóctona fue muy efectiva en la remoción de hidrocarburos al ser bioestimulada con Ny P (81% de remoción en 45 días). El sistema inoculado con un consorcio bacteriano aisladodel mismo suelo a biorremediar (M10) mostró una remoción del 86%, mientras que unconsorcio aislado de un suelo distinto (J13) mostró una baja eficiencia, similar a la mostradapor la flora autóctona sin bioestimular (62%). (Fig 1). En todos los casos, la eficiencia de unsistema para eliminar los hidrocarburos se correlacionó con un incremento de la actividadbiológica, observada como mayores valores de recuento de bacterias aerobias totales yfundamentalmente de bacterias degradadoras de hidrocarburos las cuales llegaron arepresentar mas de un 90% de las cuentas totales. Los cambios cualitativos inferidos apartir de los análisis de GC y MS pueden observarse en la (Fig. 2) donde se muestran loscromatogramas correspondientes a los sistemas abiótico e inoculado con el consorcio M10.En los estudios con parcelas los cambios en la actividad biológica mostraron uncomportamiento similar a los ensayos en frascos y bandejas, sugiriendo que la metodologíadesarrollada es aplicable a escala total sin perjuicio de la eficiencia del sistema. Elseguimiento de las parcelas, actualmente en desarrollo, permitirá comprobar la capacidaddel sistema para sobrellevar las condiciones invernales antárticas y observar la capacidadpara reanudar la actividad degradadora en el siguiente período estival.

De estos resultados se ha podido inferir que en los eventos de contaminación aguda,la aplicación de procesos de biomagnificación con microorganismos autóctonos es laalternativa de elección para lograr una efectiva biodegradación. Sin embargo, cuando elsuelo presenta una historia de contaminación previa, la bioestimulación con adecuadas

cantidades de N y P es suficiente para una efectiva eliminación de los contaminantes. Estasaseveraciones son válidas tanto para hidrocarburos alifáticos como para aromáticos.

Finalmente, este estudio muestra la factibilidad de aplicar en la Antártida un sistemade biorremediación de suelos contaminados con hidrocarburos aprovechando la actividadde las bacterias autóctonas sicrotolerantes. Considerando los resultados obtenidos y lafactibilidad tanto logística como económica, puede considerarse a la biorremediación comola estrategia más adecuada para la eliminación de suelos antárticos contaminados conhidrocarburos del petróleo.

REFERENCIAS

Aislabie, J., Fraser, R., Duncan, S. y Farrell, R.L., 2001. Effect of oil spills on microbialheterotrophs in Antarctic soils. Polar Biology, 24, 308-313.

Bej, A.K., Saul, D. y Aislabie, J., 2000. Cold-tolerant alkane-degrading Rhodococcus speciesfrom Antarctica. Polar Biology, 23, 100-105.

Reynolds, C., Bhunia, A P., y Koenen B., 1997. Soil Remediation Demonstration Project:Biodegradation of Heavy Fuel Oils. Special Report 97-20. US Army Corps ofEngineers®Cold Regions Research &Engineering Laboratory

Collerman, E., 1997. Uses of bacteria in bioremediation. In SHEENAN, D., ed.Bioremediation protocols. New Jersey: Humana Press, 3-22.

Coulon, F., y Delille, D., 2003. Effects of biostimulation on growth of indigenous bacteria insub-Antarctic soil contaminated with oil hydrocarbons. Oil & Gas Science andTechnology, 58, 469-479.

Cunningham, C. J. y Philp, J.C., 2000. Comparison of bioaugmentation and biostimulation inex situ treatment of diesel contaminated soil. Land Contamination & Reclamation, 8,261-269.

Duarte Da Cunha, C. y Ferreyra Leite, S.G. 2000. Gasoline biodegradation in different soilmicrocosms. Brazilian Journal of Microbiology, 31, 45-49.

Mac Cormack, W.P. 1999. Selección, caracterización y evaluación del potencialbiotecnológico de bacterias sicrotróficas degradadoras de hidrocarburos. Ph.D thesis,University of Buenos Aires, 192 pp.

Margesin, R. y Schinner, F., 1997. Efficiency of indigenous and inoculated cold-adapted soilmicroorganisms for biodegradation of diesel oil in Alpine soils. Applied andEnvironmental Microbiology, 63, 2660-2663.

Ruberto, L., Vazquez, S.C. y Mac Cormack, W.P., 2003. Effectiveness of the naturalbacterial flora, biostimulation and biodegradation on the bioremediation of ahydrocarbon contaminated Antarctic soil. International Biodeterioration&.Biodegradation, 52, 115-125.

Whyte, L.G., Goalen, B., Hawari, J., Labbe, D., Greer, C.W. y Nahir, M., 2001.Bioremediation treatability assessment of hydrocarbon-contaminated soils fromEureka, Nunavut. Cold Regions Science and Technology, 32, 121-132.

Hidrocarburos Totales vs Tiempo

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

0 10 20 30 40 50

DIAS

ppm

CONTROLABIOTICO

AUTOCTONO

AUTOCTONO + N

CEPAS + N

M10 + N

J13 + N

5 .0 0 1 0 .0 0 1 5 .0 0 2 0 .0 0 2 5 .0 0 3 0 .0 0

0

5 0 0 0 0 0

1 0 0 0 0 0 0

1 5 0 0 0 0 0

2 0 0 0 0 0 0

2 5 0 0 0 0 0

3 0 0 0 0 0 0

3 5 0 0 0 0 0

4 0 0 0 0 0 0

4 5 0 0 0 0 0

5 0 0 0 0 0 0

5 5 0 0 0 0 0

6 0 0 0 0 0 0

6 5 0 0 0 0 0

7 0 0 0 0 0 0

7 5 0 0 0 0 0

8 0 0 0 0 0 0

8 5 0 0 0 0 0

9 0 0 0 0 0 0

T ime -->

A b u n d a n c e

T IC : T F A 1 .D

5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.000

500000

1000000

1500000

2000000

2500000

3000000

3500000

4000000

4500000

5000000

5500000

6000000

6500000

7000000

7500000

8000000

8500000

9000000

9500000

1e+07

1.05e+07

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Abundance

TIC: TFE1.D

Fig 1: concentración de hidrocarburos a lolargo de un experimento de biorreme-diación de suelos contaminados conGas Oil en forma crónica

Fig 2: cromatogramas de lossistemas abiótico(derecha) y biomagnificadocon el consorcio M10 a losa los 45 días de iniciado elexperimento