A biorremediación refírese en senso amplo a calquera proceso no que se emprega un sistema biolóxico (normalmente bacterias, microalgas, fungos no caso da micorremediación e plantas no caso da fitorremediación), vivo ou morto, para eliminar contaminantes ambientais do aire, auga, solo, fume de chemineas, efluentes industriais etc., en situacións naturais ou artificiais. A capacidade natural dos organismos para adsorber, acumular e degradar os contaminantes comúns ou novos motivou o uso de recursos biolóxicos no tratamento do ambiente contaminado. En comparación cos métodos de tratamento fisicoquímico convencional, a biorremediación pode ofrecer vantaxes, xa que pretende ser sustentable, ecoamigable, barata e escalable.
A maioría da biorremediación pasa inadvertida e realízana organismos nativos. As investigacións sobre biorremediación están moi centradas en estimular o proceso inoculando organismos nun sitio contaminado ou subministrando nutrientes para promover o seu crecemento. A remediación ambiental é unha alternativa á biorremediación.
Aínda que os contaminantes orgánicos son susceptibles á biodegradación, os metais pesados non se poden degradar, senón que deben ser oxidados ou reducidos. As biorremediacións típicas supoñen oxidacións. As oxidacións potencian a hidrosolubilidade dos compostos orgánicos e a súa susceptibilidade a unha maior degradación por unha ulterior oxidación e hidrólise. Finalmente, a biodegradación converte hidrocarburos en dióxido de carbono e auga. Para os metais pesados a biorremediación ofrece poucas solucións. Os contaminantes que conteñen metais poden eliminarse, polo menos parcialmente, con varias técnicas de biorremediación. O principal desafío para as biorremediacións é a velocidade: os procesos son lentos.
As técnicas de biorremediación poden clasificarse como (i) técnicas in situ, que tratan os sitios contaminados directamente, e (ii) técnicas ex situ, que se aplican a materiais escavados. En ambas as estratexias engádense nutientes adicionais, vitaminas, minerais, e tampóns de pH para potenciar o crecemento e o metabolismo dos microorganismos. Nalgúns casos, engádense cultivos microbianos especializados (bioestimulación). Algúns exemplos de tecnoloxías relacionadas coa biorremediación son a fitorremediación, o bioventing, a bioatenuación, o biosparging, a compostaxe (biopías e biopías en ringleiras), e o landfarming. Outras técnicas de remediación inclúen a desorción térmica, a vitrificación, o air stripping (extracción co correntes de aire), a biolixviación, a rizofiltración, e o lavado de solos. O tratamento biolóxico ou biorremediación, é unha estratexia similar usada para tratar o lixo, incluíndo augas residuais, residuos industriais e residuos sólidos. O obxectivo final da biorremediación é eliminar compostos nocivos para mellorar a calidade do solo e da auga.
Técnicas in situ miniatura|Representación visual da biorremediación in situ. Este proceso implica a adición do oxíxeno, nutrientes, ou microbios en solos contaminados para eliminar contaminantes tóxicos. A contaminación inclúe lixo soterrado e filtracións de tubaxes subteráneas que se infiltran nos sistemas de acuíferos. A adición de oxíxeno elimina contaminantes ao producir dióxido de carbono e auga.
Bioventing
O bioventing (que se podería traducir como bioventilación) é un proceso que incrementa o fluxo de oxíxeno ou aire na zona insaturada dun solo, isto á súa vez incrementa a velocidade de degradación natural in situ do hidrocarburo contaminante que se quere eliminar. O bioventing é unha biorremediación aeróbica que é a forma máis común dos procesos de biorremediación oxidativa nos que o oxíxeno se proporciona como un aceptor de electróns para a oxidación do petróleo, hidrocarburos poliaromáticos (PAHs), fenois e outros contaminantes reducidos. O oxíxeno é xeralmente o aceptor de electróns preferido debido ao rendemento de enerxía máis alto e porque o oxíxeno cómpre para o funcionamento dalgúns sistemas de encimas para iniciar o proceso de degradación. Os microorganismos poden degradar unha ampla variedade de hidrocarburos, como os compoñentes da gasolina, queroseno, gasóleo (diésel), e combustible para avións a reacción. En condicións aeróbicas ideais, as velocidades de biodegradación de compostos alifáticos de peso molecular baixo ou moderado, alicíclicos, e aromáticos poden ser moi altas. A medida que aumenta o peso molecular do composto, increméntase simultaneamente a resistencia á biodegradación. Isto resulta nunha maior contaminación en compostos volátiles grandes debido ao seu alto peso molecular e unha maior dificultade para eliminalos do ambiente.
A maioría dos procesos de biorremediación implican reaccións de oxidación-redución nas que se engade un aceptor de electróns (comunmente oxíxeno) para estimular a oxidación dun contaminante reducido (por exemplo, hidrocarburos) ou adiciónase un doante de electróns (xeralmente un substrato orgánico) para reducir contaminantes oxidados (nitrato, perclorato, metais oxidados, solventes clorados, explosivos e propelentes). Nas dúas estratexias, poden engadirse nutrientes adicionais, vitaminas, minerais e tampóns de pH para optimizar as condicións para o crecemento dos microorganismos. Nalgúns casos, engádense cultivos microbianos especializados (bioaumento) para aumentar máis a biodegradación.
As estratexias para a adición de oxíxeno baixo o nivel freático poden consistir en facer recircular auga aireada a través da zona de tratamento, a adición de oxíxeno puro ou peróxido, e o air sparging (~salferido de aire). Os sistemas de recirculación adoitan consistir nunha combinación de pozos de inxección ou galerías e un ou máis pozos de recuperación onde se trata a auga subterránea extraída, oxixenada, corrixida con nutrientes e reinxectada. Porén, a cantidade de oxíxeno que se pode proporcionar por este método está limitada pola baixa solubilidade do oxíxeno na auga (de 8 a 10 mg/L para auga en equilibrio co aire a temperaturas típicas). Poden proporcionarse maiores cantidades de oxíxeno ao poñer en contacto coa auga oxíxeno puro ou adicionar peróxido de hidróxeno (H2O2) á auga. Nalgúns casos, inxéctanse lodos líquidos de peróxido de magnesio ou calcio sólidos baixo presión a través de perforacións no solo. Estes peróxidos sólidos reaccionan coa auga liberando H2O2, que despois se descompón liberando oxíxeno. O air sparging implica a inxección de aire baixo presión baixo o nivel freático. A presión da inxección do aire debe ser grande dabondo como para superar a presión hidrostática da auga e a resistencia ao fluxo de aire a través do solo.
Bioestimulation
miniatura|Un exemplo de bioestimulación no acuífero de Snake River Plain en Idaho. Este proceso implica a adición de po de clara de ovo para promover a utilización de bacterias que están presentes de forma natural no solo. O po de clara de ovo actúa como substrato para axudar ao crecemento das bacterias. Neste sitio, os microorganismos degradan o composto carcinóxeno tricloroetileno (TCE), que é un proceso observado xa en estudos previos.
A biorremediación poden levala a cabo bacterias que están presentes no lugar de forma natural. Na bioestimulación, a poboación destas útiles bacterias pode incrementarse engadindo nutrientes.
As bacterias poden usarse en principio para degradar hidrocarburos. No caso concreto de verteduras de petróleo no mar, o nitróxeno e o fósforo foron nutrientes clave na biodegradación. A biorremediación de hidrocarburos ten o inconveniente de ser moi lenta.
A biorremediación pode supoñer a actuación dun consorcio microbiano. Dentro do consorcio, o produto xerado por unha especie podería ser o substrato para outra especie.
A biorremediación anaerobia pode teoricamente empregarse para tratar diversos contaminantes oxidantes como os etilenos clorados (tetracloroetileno, tricloroetileno, dicloroeteno, cloruro de vinilo), etanos clorados (tricloroetano, dicloroetano), clorometanos (tetracloruro de carbono, cloroformo), hidrocarburos cíclicos clorados, varios enerxéticos (como o perclorato, RDX, TNT), e nitrato. Este proceso implica a adición dun doante de electróns para: 1) diminuír os aceptores de electróns do ambiente, como o oxíxeno, nitrato, ferro e manganeso oxidados e sulfato; e 2) estimular a redución biolóxica ou química dos contaminantes oxidados. A elección do substrato e do método de inxección depende do tipo de contaminante e da súa distribución no acuífero, da hidroxeoloxía e os obxectivos da remediación. O substrato pode engadirse usando instalacións de pozos convencionais, pola tecnoloxía de impulso directo, ou pola escavación e recheo como nas barreiras reactivas permeables ou biopozos. Os produtos de liberación lenta compostos de aceites comestibles ou substratos sólidos tenden a permanecer no lugar durante un amplo período de tratamento. Os substratos solubles ou produtos da fermentación solubles de substratos de liberación lenta poderían migrar por advección e difusión, proporcionando zonas de tratamento máis amplas pero de vida máis curta. Os substratos orgánicos engadidos son primeiro fermentados a hidróxeno (H2) e ácidos graxos volátiles. Os ácidos graxos volátiles, como o acetato, lactato, propionato e butirato, proporcionan carbono e enerxía para o metabolismo bacteriano.
Bioatenuación
Durante a bioatenuación, a biodegradación ocorre de forma natural coa adición de nutrientes ou bacterias. Os microbios nativos do lugar presentes determinarán a actividade metabólica e actúan como atenuación natural. Aínda que na bioatenuación non hai unha intervención antropoxénica, o sitio debe ser monitorizado.
Biosparging O biosparging (que se podería traducir por biosalferido ou bioinxección) é o proceso de remediación de augas subterráneas inxectando oxíxeno e posibles nutrientes. Cando se inxecta oxíxeno, as bacterias do lugar son estimuladas a aumentar a taxa de degradación. Porén, o biosparging enfócase nas zonas contaminadas saturadas, especificamente relacionadas coa remediación de augas subterráneas.
Entre os primeiros grupos ou institucións que adoptaron a biorremediación de baixo custo están UNICEF, produtores de enerxía, subministradores de auga, e gobernos locais, que utilizaron tabletas de bacterias aeróbicas que simplemente se botaban na auga.
Técnicas ex situ
Biopías
As biopías, de xeito similar ao bioventing, úsanse para eliminar contaminantes do petróleo introducindo microorganismos aerobios en solos contaminados ou usando os que xa existen no solo. Neste caso, o solo é escavado e despois amontoado formando pías ou moreas cun sistema de aireación. Este sistema de aireación potencia a actividade microbiana ao introducir oxíxeno con presión positiva ou eliminar oxíxeno con presión negativa.Federal Remediation Technologies Roundtable. Biopiles
Biopías en ringleiras (windrows) miniatura|A antiga refinaría Shell Haven en Standford-le-Hope, na que se aplicou biorremediación para minimizar a contaminación por petróleo do sitio. Utilizáronse técnicas de biorremediación, como as biopías en ringleiras (windrows), para promover a transferencia de oxíxeno. A refinaría escavou uns 115.000 m3 de solo contaminado.
Os sistemas de biopías en ringleiras (ou windrows na literatura inglesa) son similares ás técnicas de compostaxe nas que o solo é periodicamente escavado e volteado para mellorar a aireación. Esta acción periódica de darlle a volta ao solo (poñer arriba a parte que estaba abaixo) permite que os contaminantes presentes nel se distribúan uniformemente, o cal acelera o proceso de biorremediación.
Tratamento do terreo (landfarming)