Resumen de Biorremediación de suelos contaminados con hidrocarburos aromáticos policíclicos mediante aplicación de sustrato post-cultivo de champiñón (Agaricus bisporus)
La presente memoria de Tesis estudia la biorremediación de suelos contaminados con hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH) mediante la aplicación del sustrato post-cultivo de champiñón (Agaricus bisporus). Los PAH son contaminantes ubicuos con propiedades hidrófobas, tóxicas y carcinogénicas. En muchos casos la contaminación de suelo por estos compuestos se encuentra acompañada de elevadas concentraciones de metales, lo que dificulta su biorremediación.
El sustrato post-cultivo de champiñón (Spent A. bisporus substrate, SAS) es un residuo agrícola que se genera en grandes cantidades. Históricamente ha sido tratado como un residuo y eliminado en vertederos. Esto ha generado graves problemas medioambientales en las zonas de cultivo de champiñón. Sin embargo el SAS presenta alto contenido en materia orgánica y una compleja microbiota que puede ser muy útil en procesos de biorremediación de suelo. De esa microbiota destaca la gran cantidad de micelio de A. bisporus. Este hongo tiene la capacidad de excretar enzimas ligninolíticas al medio. Este tipo de enzimas extracelulares y los hongos que las excretan, son capaces de degradar una gran variedad de compuestos orgánicos por lo que son muy útiles en la biorremediación de suelos contaminados.
La presente memoria se estructura en dos grandes bloques. El primero presenta los resultados de la puesta a punto de la metodología de extracción de metales y PAH en suelo y enmiendas orgánicas, así como la localización de emplazamientos contaminados. En el segundo bloque se evaluó la utilidad de SAS en procesos de biorremediación. Inicialmente se realizaron ensayos de degradación de PAH y adsorción de Cd y Pb sin suelo. Tras esta primera etapa, se pasó a realizar estudios de biorremediación con muestras de suelo real procedentes de emplazamientos anteriormente seleccionados donde se evaluaron diferentes formas de aplicación del SAS.
Para la puesta a punto de la metodología de extracción de metales de enmiendas orgánicas se compararon seis procedimientos diferentes. Se prestó especial atención a los residuos sólidos obtenidos tras la digestión en microondas. Se observó la desaparición y formación de fases cristalinas. El uso de HF se mostró necesario para la digestión total pero en muestras con alto contenido en Ca se formaba CaF2 y CaAlF5. Finalmente se propuso la digestión en microondas con HNO3 y HF como método de extracción total y con agua regia como extracción pseudo-total.
Para la extracción de PAH tanto de suelo como de SAS se evaluaron cuatro posibles extractantes tanto con ultrasonidos como mediante agitación. Se determinó que la extracción mediante agitación era más eficiente y entre los disolventes posibles se seleccionó acetona:hexano (1:1) por su versatilidad en la extracción de PAH en SAS húmedo y seco.
La búsqueda de suelos contaminados se realizó en los alrededores de plantas termoeléctricas de carbón, industria petroquímica, una planta metalúrgica y un campo de tiro, así como suelo de una planta de creosotado de madera. Los suelos procedentes de los dos últimos emplazamientos fueron los que mostraron las mayores concentraciones de contaminantes. Los suelos de la planta de creosotado de madera tenían las mayores concentraciones de PAH mientras que el suelo del campo de tiro mostró altas concentraciones de PAH y Pb.
En el primer paso de la evaluación del SAS como enmienda remediadora de suelos contaminados se realizaron estudios donde se comprobó su capacidad de adsorción de Cd y Pb, degradación de PAH y efecto de los metales Cd y Pb en la actividad de enzima ligninolítica mayoritaria que fue la laccasa y en el proceso de degradación de PAH que fue llevado a cabo tanto por A. bisporus como por el resto de la microbiota autóctona de SAS.
Se realizaron dos ensayos de biorremediación con suelo contaminado real. El primero sobre suelo contaminado con creosota, donde la contaminación se debía a PAH y el segundo sobre suelo procedente de las inmediaciones de un campo de tiro. En este último, existía contaminación tanto de PAH, especialmente de alto peso molecular (HMW-PAH), como de Pb.
En el diseño experimental de ambos ensayos se consideraron cuatro tratamientos: atenuación natural (SM, suelo sin enmendar), bioestimulación mediante la aplicación de SAS previamente esterilizado (SSAS), bioaumentación por aplicación de SAS sin tratamiento previo (SAS) y bioaumentación por aplicación de SAS esterilizado y re-inoculado con A. bisporus (Abisp). La duración de los ensayos fue de 63 días.
El suelo de la planta de creosotado aumentó considerablemente su población bacteriana y fúngica con el tratamiento de bioestimulación (SSAS) aunque sólo se observó aumento de la riqueza y variedad bacteriana. Este modo de aplicación de SAS consiguió degradar PAH de bajo peso molecular (LMW-PAH) debido a la alta población y actividad bacteriana pero su impacto en los HMW-PAH fue bajo. La bioaumentación con SAS sin tratamiento previo incrementó considerablemente la población bacteriana, además de incorporar bacterias degradadoras de PAH al suelo. Los análisis por DGGE mostraron un notable aumento de la riqueza y variedad de las poblaciones fúngicas y bacterianas. A pesar del alto contenido de ergosterol de este tratamiento, la colonización del suelo por A. bisporus no fue completa. En este caso hubo degradación de PAH de alto y bajo peso molecular por la acción conjunta de la población bacteriana y de A. bisporus. La bioaumentación con el tratamiento Abisp produjo una completa colonización del suelo por A. bisporus aunque el contenido de ergosterol no variase a lo largo del tiempo de incubación. La población bacteriana aumentó a lo largo del ensayo y su impacto en la comunidad fúngica y bacteriana fue similar al de SSAS. Este tratamiento fue el que se mostró más eficaz en la degradación de HMW-PAH por la mayor actividad ligninolítica registrada durante el ensayo. Como resultado, los tratamientos de bioaumentación fueron los que obtuvieron una mayor mejoría de los parámetros ecotoxicológicos del suelo, especialmente Abisp.
El ensayo de biorremediación de suelo cercano al campo de tiro arrojó resultados similares al anterior. Sin embargo la mayor concentración de PAH y especialmente HMW-PAH y la presencia de Pb produjeron interesantes diferencias. En este caso la bioestimulación con SSAS también aumentó considerablemente la población bacteriana pero la degradación de LMW-PAH fue muy baja, incluso menor que en el suelo sin enmendar. Los tratamientos de bioaumentación SAS y Abisp consiguieron la degradación tanto de LMW-PAH como de HMW-PAH. En este caso A. bisporus sólo fue capaz de colonizar el suelo con el tratamiento Abisp. La aplicación de SAS en cualquiera de las tres formas produjo una ligera movilización del Pb (< 1¿). Al igual que en el suelo contaminado por creosota los parámetros ecotoxicológicos mostraron una mayor mejoría en el tratamiento Abisp.
La conclusión general del trabajo es que la reutilización del sustrato post-cultivo de champiñón (A. bisporus) es factible para biorremediación de suelos contaminados con PAH.
