Eliminación de metales pesados con métodos biológicos: una solución para el medio ambiente

Son considerados metales pesados aquellos elementos con una densidad superior a cinco gramos por centímetro cúbico (g/cm3), incluyendo en estudios medioambientales todos los elementos metálicos o metaloides que aparecen comúnmente asociados a problemas de contaminación y que, por lo tanto, causan un impacto ambiental.

Estos se liberan al medio tanto en procesos naturales como la edafización, como en procesos antropogénicos.

Sin embargo, es la actividad humana, mediante la generación de residuos procedentes de los procesos industriales, agrícolas, ganaderos y mineros, la principal responsable de la emisión de altas concentraciones de este tipo de materiales.

Los metales pesados son liberados tanto a la atmósfera (depositándose finalmente y afectando de forma significativa al perfil superficial del suelo) como a los sistemas acuáticos (afectando tanto a la columna de agua como a los sedimentos que acaban actuando como sumidero).

Algunos de ellos, como el manganeso (Mn), el hierro (Fe), y el cobalto (Co), en bajas cantidades actúan como nutrientes esenciales para plantas y animales.

No obstante, pero otros como el mercurio (Hg) y el plomo (Pb) no desempeñan ninguna función biológica y, cuando alcanzan concentraciones superiores a determinados niveles, pueden llegar a ser tóxicos para los seres vivos.

De hecho, la toxicidad de los metales pesados depende de su movilidad en el medio que, a su vez, depende de su especiación química, persistencia y tendencia de acumulación o bioacumulación más que el contenido total del elemento en el suelo.

La contaminación del medio con metales pesados se ha convertido en un problema mundial que afecta a la calidad ambiental y que conduce a la acumulación de los metales en la cadena trófica suponiendo un riesgo para la salud pública.

Es por ello que se han desarrollado diversas técnicas para reducir y/o neutralizar los efectos de los metales en matrices ambientales como suelos y aguas tanto superficiales como subterráneas.

Existen técnicas de contención (barreras verticales, horizontales, hidráulicas, sellado) y confinamiento (estabilización físico-química, inyección de solidificantes, vitrificación) que aíslan e inmovilizan los metales en el suelo sin actuar sobre ellos ni alterar su concentración.

Sin embargo, éstas conllevan elevados costes derivados de una alta inversión inicial, elevados consumos energéticos y generan residuos que necesitan un tratamiento posterior.

Soluciones basadas en tratamientos biológicos

Para reducir la concentración de metales se pueden aplicar tratamientos fisicoquímicos, térmicos y biológicos.

Estos últimos, los biológicos, constituyen lo que se conoce como biorrecuperación, disminuyendo la toxicidad de los metales en agua y suelos mediante la acción de microorganismos (bacterias y hongos) y/o plantas.

Esta tecnología natural presenta la ventaja de que puede ser llevada a cabo in situ y, por tanto, resulta más sostenible, barata y respetuosa con el medio ambiente puesto que su aplicación no altera la estructura del suelo.

Los metales no pueden ser degradados ni destruidos por parte de los microorganismos; sin embargo, estos agentes disponen de mecanismos para controlar la especiación y transformación a formas menos tóxicas.

Lo llevan a cabo mediante procesos de óxido reducción, metilación, absorción, acumulación intracelular y formación de complejos que es la base de las técnicas de biotransformación de metales.

La fitorrecuperación y/o la fitorremediación utiliza plantas capaces de transformar (fitoestabilización o fitoinmovilización), extraer, acumular, y eliminar (fitoextracción, fitodegradación, fitovolatilización y rizofiltración) los metales contenidos en suelos y en las aguas.

Estos métodos, además de ser de bajo coste, son de fácil aplicación y no perturban excesivamente el paisaje.

No obstante, conviene tener en cuenta que son procesos lentos, que las plantas descontaminan, además, poca profundidad del suelo (hasta donde se sitúen las raíces) y que no funcionan si se dan concentraciones muy elevadas del elemento tóxico.

En este contexto, desde la comunidad científica se investiga y trabaja en otras técnicas basadas en proporcionar oxígeno y nutrientes para garantizar la actividad microbiana propia del sistema (bioventing).

Últimamente, las técnicas de biorrecuperación se complementan con otras como, por ejemplo, la bioelectrocinética para favorecer la eficacia o con técnicas genéticas que modifican a los microorganismos con genes catabólicos específicos para degradar el contaminante de interés.