Factores que Influyen en la Biodegradación 27 

La biodegradación es un proceso directamente relacionado con el crecimiento de los microorganismos que intervienen en él, a su vez, dicho crecimiento está condicionado por diversos factores de tipo ambientales, microbiológicos y algunos relacionados con el compuesto a degradar (García 2001).

4.3.2.1 Factores Ambientales

Las condiciones ambientales juegan un papel importante en la supervivencia y crecimiento de los microorganismos, por lo cual muchos compuestos que son fácilmente biodegradables, pueden permanecer inalterados en la naturaleza durante mucho tiempo si las condiciones de disponibilidad de nutrientes, aireación, temperatura y pH no son apropiadas para el desarrollo microbiano (García 2001).

•Nutrientes

Los microorganismos sin excepción requieren para llevar a cabo su actividad metabólica que los constituyentes químicos (macro y micronutrientes),

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componentes de la célula estén disponibles para la asimilación y síntesis de nuevo material celular.

Los principales nutrientes necesarios para los microorganismos son: N, S, P, K, Mg, Ca, Fe, Na y Cl, mientras que entre los micronutrientes se hallan el Zn, Mn, Mo, Se, Co, Cu y Ni (METCALF & EDDY 1998). El nitrógeno es utilizado para la formación de aminoácidos, nucleótidos y vitaminas. El azufre en algunos aminoácidos y en las coenzimas. El fósforo es necesario para los ácidos nucléicos y las coenzimas. Los demás minerales son necesarios para el cumplimiento de las funciones vitales de la célula.

Los nutrientes son regularmente asimilados desde un número limitado de estados elementales y por lo tanto, no sólo la cantidad de nutrientes disponibles es importante, además se debe tener en cuenta el estado de los mismos (Eweis 1999).

•Suministro de Oxígeno

La presencia o ausencia de oxígeno tiene un efecto claro en la velocidad de degradación, dependiendo a su vez de si el contaminante es metabolizado por vía aerobia o anaerobia (García 2001).

En la biodegradación aerobia el oxígeno es necesario como aceptor final de electrones, aunque bajo ciertas circunstancias le pueden sustituir el NO3-, NO2- o SO4-. Sin embargo, en la mayoría de las situaciones el oxígeno es elegido por brindar mayores niveles de biodegradación con respecto a otros aceptores de electrones (Eweis 1999).

En la biodegradación de contaminantes el oxígeno necesario puede suministrarse a través de diferentes formas como difusores o aireadores superficiales. Teniendo en cuenta que la tasa de transferencia de oxígeno necesaria es función de la tasa de degradación de los compuestos orgánicos y de la tasa de crecimiento microbiano, y siempre menor que la tasa de DQO eliminada, debido a que una parte de la materia orgánica se usa para formar nuevas células en vez de ser oxidada (METCALF & EDDY 1998).

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•Temperatura

La temperatura afecta la actividad microbiana y las tasas de biodegradación (Eweis 1999). La temperatura óptima es específica para cada microorganismo y depende de su naturaleza, por lo que los microorganismos se clasifican de acuerdo con la temperatura adecuada para su desarrollo en psicrófilos, termófilos y mesófilos, teniedo cada uno de ellos tiene una temperatura óptima (García 2001).

Las bacterias clasificadas como mesófilas crecen desde los 15° hasta cerca de los 45 °C, teniendo un intervalo de crecimiento óptimo entre 25° y 35 °C. Las psicrófilas se desarrollan mejor a temperaturas por debajo de 20 °C. Las termófilas crecen mejor a temperaturas entre 45° y 65 °C.

Las velocidades de muchas reacciones microbianas, típicamente se duplican cada 10 °C de temperatura hasta un límite, luego del cual decae bruscamente (García 2001). En general, a temperaturas superiores a 40 °C decrece la biodegradación debido a desnaturalización de enzimas y proteínas y a temperaturas aproximadas a 0 °C se detiene esencialmente la biodegradación (Eweis 1999).

•pH

El pH afecta la capacidad de los microorganismos para llevar a cabo sus funciones celulares, el transporte a través de la membrana celular y el equilibrio de las reacciones catalizadas (García 2001). También afecta la solubilidad del fósforo, importante nutriente para los microorganismos (Eweis 1999).

El crecimiento de muchos microorganismos normalmente es máximo dentro de un intervalo de pH entre 6.0 y 8.0 unidades. Unas condiciones altamente ácidas o alcalinas generalmente inhiben la actividad microbiológica y la mayoría de las bacterias se favorecen en condiciones neutras (Eweis 1999).

El pH se mantiene por una capacidad de amortiguación del medio, debido a la presencia de carbonatos y otros minerales, sin embargo, este efecto puede ser neutralizado por la generación de productos ácidos que son consecuencia de la biodegradación, en cuyo caso es necesario monitorear los cambios de pH que pudieran presentarse (García 2001).

30 4.3.2.2 Factores Microbiológicos

Las transformaciones biológicas de compuestos orgánicos están catalizadas por acción de enzimas, las cuales son específicas en términos de los compuestos que atacan y las reacciones que catalizan. La biodegradación de un compuesto específico es frecuentemente un proceso que se realiza paso a paso en el cual se involucran muchas enzimas y muchos microorganismos, y para que este se desarrolle satisfactoriamente es indispensable la presencia de una población debidamente aclimatada de microorganismos con rutas para la degradación de los compuestos de interés y de las correspondientes enzimas (Eweis 1999).

4.3.2.3 Factores Asociados con los Contaminantes

En principio la gran mayoría de los compuestos químicos elaborados por el ser humano, y en general los generados por la naturaleza, serán biodegradables si las enzimas necesarias han sido producidas por los microorganismos en el curso de la evolución. Sin embargo, factores propios de cada compuesto pueden afectar el proceso de biodegradación, entre estos se incluyen la estructura química, concentración, toxicidad y solubilidad del sustrato en el medio (García 2001).

•Estructura Química del Sustrato

La estructura y esqueleto de los compuestos orgánicos tienen gran impacto sobre la viabilidad de ser biodegradados por microorganismos. Los compuestos que poseen cadenas demasiado largas como para penetrar la célula microbiana y que no pueden ser modificados por enzimas extracelulares no pueden ser degradados (Eweis 1999).

En algunos casos el cambio de pequeñas moléculas de la estructura de un compuesto puede transformarlo de no biodegradable a biodegradable (García 2001). Los factores estructurales, que inhiben la degradación de los compuestos incluyen la presencia de grupos amino, metoxi, sulfonatos y nitro; halogenación extensiva, pesos moleculares muy altos o cadenas de longitud larga; bencenos sustituidos en la posición meta; enlaces éter, y cadenas ramificadas de carbonos (Eweis 1999).

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•Concentración del Sustrato

La concentración de un compuesto puede afectar en gran medida la tasa de su biodegradación. Esta debe estar dentro de ciertos límites para que el proceso se desarrolle exitosamente (Eweis 1999). Si el compuesto está en bajas concentraciones, es posible que no suministre suficiente energía para el crecimiento microbiano y por tanto la velocidad de biodegradación será también baja. Si por el contrario la concentración es demasiado alta, esto causará efectos de inhibición en el crecimiento microbiano y la velocidad de biodegradación se acercará a cero (García 2001).

•Solubilidad del Sustrato

Los compuestos que tienen muy baja solubilidad en agua no pueden ser transportados al interior de la célula, de aquí que no sean fácilmente biodegradables (Eweis 1999).

4.4. BIORREACTORES