BTEX: Un grave contaminante de las aguas subterráneas
INTRODUCCIÓN
Una cantidad considerable de gasolina entra en el medio ambiente como resultado de fugas de tanques de almacenamiento subterráneos, derrames accidentales o prácticas inadecuadas de eliminación de residuos (Bowlen y Kosson, 1995). Cuando la gasolina entra en contacto con el agua, el benceno, el tolueno, el etilbenceno y los isómeros del xileno (BTEX) representan hasta el 90% de los componentes de la gasolina que se encuentran en la fracción soluble en agua (Saeed y Al-Mutairi, 1999). Por consiguiente, estas sustancias químicas son algunos de los contaminantes más comunes que se encuentran en el agua potable. Los BTEX son tóxicos para los seres humanos y su eliminación de los entornos contaminados reviste especial interés (Mehlman, 1992). Los BTEX no son una sola sustancia química, sino que son un grupo de los siguientes compuestos químicos Benceno, Tolueno, Etilbenceno y Xilenos. Los BTEX están formados por sustancias químicas de origen natural que se encuentran principalmente en productos petrolíferos como la gasolina. Además de la gasolina, los BTEX pueden encontrarse en muchos de los productos domésticos comunes que utilizamos a diario. Los BTEX pertenecen a una clase de productos químicos conocidos como compuestos orgánicos volátiles (COV).
El propósito de este estudio es proporcionar información y una comprensión visual de los contaminantes BTEX y sus características, cómo podrían ser eliminados de las aguas subterráneas a través de la biorremediación. La cepa 2479 se aisló del suelo del cinturón industrial, situado en Rajbandh (Bengala Occidental, India), donde el uso de hidrocarburos policlorados (incluido el TCE) es abundante
Composición de los BTEX: El grupo de contaminantes BTEX está formado por el benceno, el etilbenceno, el tolueno y tres isómeros del xileno. Estos productos químicos orgánicos constituyen un porcentaje importante de los productos del petróleo (Fig. 1).
| Fig. 1: | El porcentaje (peso) de los componentes BTEX de la gasolina |
| Tabla 1: | Las propiedades fisicoquímicas de los BTEX |
| – | El benceno puede encontrarse en la gasolina y en productos como el caucho sintético, los plásticos, el nylon, insecticidas, pinturas, tintes, resinas-pegamentos, cera para muebles, detergentes y cosméticos |
| – | Los gases de escape de los automóviles y las emisiones industriales representan aproximadamente el 20% de la exposición total al benceno en todo el país. El benceno también puede encontrarse en el humo de los cigarrillos. Alrededor del 50% de toda la exposición nacional al benceno se debe a fumar tabaco |
| – | El tolueno se produce de forma natural como componente de muchos productos del petróleo. El tolueno se utiliza como disolvente de pinturas, revestimientos, gomas, aceites y resinas |
| – | El etilbenceno se utiliza principalmente como aditivo de la gasolina y del combustible de aviación. También puede estar presente en productos de consumo como pinturas, tintas, plásticos y pesticidas |
| – | El xileno es un miembro del grupo de contaminantes BTEX. El ortoxileno es la única forma natural de xileno; las otras dos formas son artificiales. Los xilenos son líquidos incoloros, utilizados en la gasolina y como disolvente en las industrias de la impresión, el caucho y el cuero |
Propiedades físico-químicas: Las propiedades fisicoquímicas de los BTEX se muestran en la Tabla 1.
Propiedades contaminantes:
| – | Peso molecular: El peso molecular del compuesto se mide en g mol-1. Por lo general, cuanto más alto es el peso molecular, menos soluble es en el agua. El peso molecular también afecta a la densidad de un compuesto |
| – | Solubilidad en agua: La solubilidad es la medida de la concentración máxima de una sustancia química que se disolverá en agua pura a una temperatura específica, medida en mg L-1. La solubilidad en agua tiene grandes efectos en el movimiento y la distribución de las sustancias químicas a través del suelo y las aguas subterráneas |
| – | Polaridad: El benceno es apolar debido a su carga casi neutra. No es tan apolar como los otros contaminantes del grupo BTEX y tiene la capacidad de disolverse en agua |
| – | Densidad específica: La densidad se mide como masa seca por volumen (kg m-3). La densidad de los contaminantes afecta a la capacidad del compuesto orgánico para flotar en el agua |
| – | Coeficiente de reparto octanol-agua: Es la relación de la concentración de una sustancia disuelta en un sistema bifásico en equilibrio. Después de mezclar una sustancia química en una solución de octanol y agua, se deja que el sistema alcance el equilibrio. También es una medida de la hidrofobicidad de un orgánico. Cuanto más hidrofóbico sea el contaminante, más se adsorberá al suelo y tendrá una baja solubilidad |
| – | Constante de la ley de Henry: Describe el movimiento de las sustancias químicas del agua al aire y también del aire al agua. Los valores altos significan que el producto químico se moverá más hacia la fase gaseosa, mientras que los valores bajos permanecerán en la fase acuosa (Tabla 1) |
Exposición y efectos de los BTEX: La exposición a los BTEX puede producirse al beber agua contaminada (ingestión), al respirar aire contaminado por el bombeo de gas o por el agua a través de la ducha o el lavado (inhalación) o por derrames en la piel.
La exposición aguda (de corta duración) a la gasolina y a sus componentes benceno, tolueno y xilenos se ha asociado con irritación cutánea y sensorial, problemas del sistema nervioso central-SNC (cansancio, mareos, dolor de cabeza, pérdida de coordinación) y efectos sobre el sistema respiratorio (irritación ocular y nasal). Además de los problemas cutáneos, sensoriales y del sistema nervioso central, la exposición prolongada a estos compuestos también puede afectar a los sistemas renal, hepático y sanguíneo.
Biorremediación de BTEX: La biorremediación es una técnica para remediar suelos y aguas subterráneas contaminadas. Mediante esta técnica, los microorganismos degradan los componentes orgánicos en CO2 y agua. Se puede inyectar oxígeno y nutrientes para promover la tasa de degradación. Si no se añade nada, la biodegradación se denomina intrínseca. La degradación puede ocurrir bajo el uso de diferentes aceptores de electrones que el oxígeno. Por ejemplo, el tolueno puede degradarse a través de una vía anaeróbica utilizando nitrato como aceptor de electrones (Soerensen, 1996).
Se ha asumido que la biorremediación de la contaminación por BTEX en el suelo depende de las poblaciones bacterianas autóctonas; se ha pasado por alto la importancia de los hongos. Los hongos suelen soportar condiciones ambientales más duras que las bacterias y podrían desempeñar un papel importante en la degradación de los hidrocarburos del petróleo en el suelo (Bossert y Bartha, 1984). Sin embargo, la degradación fúngica de las mezclas de BTEX sólo se ha estudiado de forma limitada con hongos de podredumbre blanca (Braun-Lullemann et al., 1995; Yadav y Reddy, 1993). Los BTEX fueron mineralizados pero no apoyaron el crecimiento de los hongos cuando fueron suministrados como única fuente de carbono y energía. Las enzimas extracelulares que degradan la lignina son capaces de oxidar una amplia gama de hidrocarburos aromáticos, pero no parecen estar implicadas en la degradación de BTEX. Las bajas tasas de degradación y la necesidad de una fuente de carbono adicional limitan el uso de los hongos de podredumbre blanca en la biorremediación. Cuando se utilizan microbios degradadores de hidrocarburos para la biorremediación de la contaminación por gasolina, es muy poco probable que encuentren un único sustrato. En primer lugar, se informó de que el grupo Bacillus cereus se utilizó en la biodegradación de TCE (tricloroetileno) (Mitra y Roy, 2010) y también se probó que la degradación de TCE podría mejorar en presencia de tolueno. Se han publicado algunos estudios sobre las interacciones de los sustratos durante la degradación de mezclas de BTEX por bacterias (Rhodococcus rhodochrous, Arthrobacter sp. Pseudomonas sp.) (Alvarez y Vogel, 1991; Chang et al., 1993), pero los datos análogos para los hongos son todavía muy escasos.
Un cultivo bacteriano mixto (Paenibacillus pabulli, Micromonospora sp., Proteus mirabilis, Bacillus pumilus, Burkholderia sp., Xanthomonas sp, Bacillus coagulans, Bacillus stearothermophilus, Bacillus pallidus, Bacillus smithii y Klebsiella pneumonia) fue aislado en un lugar fuertemente contaminado en la región oriental de Arabia Saudí, capaz de degradar los BTEX de forma eficiente (Mohamed Arafa, 2003).
El hongo del suelo Cladophialophora sp. cepa T1 (Prenafeta-Boldu et al., 2002) fue capaz de crecer en una fracción hidrosoluble modelo de gasolina que contenía los seis componentes BTEX (benceno, tolueno, etilbenceno y los isómeros de xileno). El benceno no se metabolizó, pero los bencenos alquilados (tolueno, etilbenceno y xilenos) se degradaron por una combinación de asimilación y co-metabolismo.
CONCLUSIÓN
Este estudio resume los contaminantes BTEX y sus características y a eliminar de las aguas subterráneas mediante biorremediación. Debido a que la biorremediación es uno de los medios respetuosos con el medio ambiente para degradar los productos químicos tóxicos. El suelo contaminado con BTEX puede albergar algunos microorganismos que degradarían el BTEX y lo utilizarían como su nutriente. Siguiendo esta sencilla lógica, examinamos los microorganismos del suelo de una zona industrial, el depósito de la Indian Oil Corporation en Rajbandh, cerca de Durgapur. Nuestro aislado, la cepa 2479 se aisló del suelo del cinturón industrial, situado en Rajbandh (Bengala Occidental, India), donde el uso de hidrocarburos policlorados (incluyendo TCE) es abundante (Dey y Roy, 2009). El TCE también es un contaminante ambiental y un hepatocarcinógeno. La razón por la que los BTEX, que entran en nuestro sistema de suelo y aguas subterráneas, se consideran un problema tan grave es que todos ellos tienen algunos efectos tóxicos agudos y a largo plazo. Todos los compuestos de BTEX son agudamente tóxicos y tienen efectos notables sobre la salud en altas concentraciones. La exposición a estos compuestos desde los sistemas de aguas subterráneas suele ser mínima, pero las exposiciones pueden ser persistentes durante un largo periodo de tiempo (efectos a largo plazo). Así pues, este estudio sugiere que la exposición a los BTEX procedentes de un vertido de petróleo está relacionada con un mayor riesgo de efectos sobre la salud, por lo que es necesario tomar las medidas adecuadas. En el presente estudio, nos centramos en la biorremediación de BTEX, ya que es más barata y más respetuosa con el medio ambiente que otros medios como la extracción en fase de vapor, la pulverización de aire, el striping de aire, etc.
AGRADECIMIENTOS
Los autores agradecen al Dr. Ashis Kumar Mondal su generoso apoyo al programa. Los autores están en deuda con Sri Sushil Kumar Sinha por proporcionar asistencia técnica durante el trabajo informático.
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