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Revista Latinoamericana el Ambiente y las Ciencias 9(21):1461 – 1473 2018
Memoria en extenso. XVII Congreso Internacional XXIII Congreso Nacional de Ciencias Ambientales
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Remediación electrocinética de suelos con lubricantes de residuos históricos de aceites
derivados de petróleo en matriz calcárea: estudio en Vanegas S.L.P.
Electro kinetic remediation of soils with historic waste lubricants of petroleum
derived oils in calcareous matrix: study in Vanegas S.L.P.
1Guadalupe Vázquez Rodríguez, 2Juan Carlos Baltazar Vera, 3David Tirado Torres, 4Francisco David Marroquín Figueroa y 5Roberto Carlos Medina Hernández.
1,2,3 Universidad de Guanajuato Campus Guanajuato, División de Ingenierías, Av. Juárez 77 CP.
36000 Guanajuato, Guanajuato México. Teléfono: +52 473 102 0100, vazquez.g@ugto.mx. 4Universidad Autónoma de San Luis Potosí, Facultad del Hábitat, Niño Artillero No. 150, Zona
Universitaria CP. 78290, 5H. Ayuntamiento de Vanegas S.L.P. Periodo 2009-2012.
RESUMEN El objetivo de este trabajo es desarrollar estrategias basadas en el proceso
electrocinético en suelo para la remediación de hidrocarburos aromáticos policíclicos
históricos contaminados del suelo calcáreo, utilizando una celda en voltaje continuo. El
resultado indicó que el suelo calcáreo soporta el pH y el proceso efectivo. Se utilizó un
análisis de mapeo con Sistemas de Información Geográfica y un sistema de
posicionamiento global para identificar el sistema ambiental y la delimitación de áreas. El
análisis de los hidrocarburos totales se realizó en suelos en las áreas de impacto que utilizan
extracción (US EPA 3541, 1994; Weisman, 1998, Hewari, 1995). El análisis de los totales
de petróleo se analizó en cromatografía FID (ASTM D 5134 1998, EPA 8015, 1996,
Hendrik Van De Weghe, 2006, Saari, 2007, NMX-AA-145-SCFI-2008). Los hidrocarburos
se extrajeron del suelo usando n-pentano como disolvente y utilizando un sistema de
extracción soxhlet. Las muestras se analizaron con un cromatógrafo de gases con un
detector de ionización de llama equipado con una columna capilar para detección,
utilizando gas nitrógeno como medio de arrastre. La determinación de los hidrocarburos de
fracción media se llevó a cabo antes y después de la prueba electrocinética. Los resultados
del análisis de hidrocarburos de fracción media antes y después del proceso electrocinético
se observan que los valores disminuyen significativamente.
Palabras claves: Remediación, Electrocinética, Suelos, Aceites.
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INTRODUCCIÓN
La disposición de residuos peligrosos es uno de los mayores retos a nivel mundial.
Residuos como aceites, grasas e hidrocarburos son de uso general e histórico. En el
contexto con el medio natural, los residuos de hidrocarburos forman parte de un reto en
términos de remediación de suelos contaminados debido a que éstos son poco volátiles por
lo que se dificulta la estrategia de remediación 3, 4. Se han desarrollado varias técnicas
que persiguen la remediación de suelos mediante tratamiento térmico, químico,
fisicoquímico, biológico e incuso electroquímico 5. En este contexto, el tratamiento de
suelos mediante procesos electrocinéticos es una tecnología enmarcada para tratamiento in-
situ en suelos de alta permeabilidad y baja conductividad. Consiste en aplicar directamente
una perturbación de corriente través de electrodos colocados en el suelo. Esta perturbación
produce procesos de electromigración, electroforesis y electro osmosis 6.
El Municipio se encuentra localizado en la parte norte del Estado de San Luis Potosí, en la
zona altiplano, sus límites son: Al norte, el estado de Coahuila; al noreste el estado de
Nuevo León; al este, Cedral; al sur, Catorce; al oeste, el estado de Zacatecas. Su distancia
aproximada a la capital del estado es de 256 kilómetros. La cabecera municipal tiene las
siguientes coordenadas: 100º57’ de longitud oeste y 23º53’ (Figura 1) de latitud norte, con
una altura de 1,730 metros sobre el nivel del mar.
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Figura 1. Localización del área de estudio.
METODOLOGÍA
Electro remediación
La celda se hizo con un tubo de metacrilato transparente dividido en cinco segmentos
donde se colocó el suelo contaminado. El compartimiento central contenía el suelo
contaminado. Los compartimentos de los electrodos estaban en un lado de cada sección de
suelo contaminado. También se separaron del suelo con una malla de nylon de 0.5 mm.
Cada compartimento de electrodos tenía un desbordamiento para recoger el agua
transportada debido al proceso de electro-osmosis. Los electrodos de grafito se ubicaron en
los compartimentos de electrodos y se conectaron a la fuente de alimentación de la propia
NORTE
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elaboración. La corriente eléctrica que se suministró en el rango de funcionamiento de la
fuente es de 0-5 V al potencial y de 0 a 5 A para la intensidad. La perturbación del
potencial y la corriente fue seguida por un equipo multímetro. La solución electrolítica
utilizada NaHCO3 y Na2SO4, como surfactante para mover el diésel a través del suelo se
utilizó dodecil sulfato de sodio 7.
Se utilizó un análisis de mapeo con Sistemas de Información Geográfica y un sistema de
posicionamiento global para identificar el sistema ambiental y la delimitación de áreas. El
análisis de los hidrocarburos totales se realizó en suelos en las áreas de impacto que utilizan
extracción (US EPA 3541, 1994; Weisman, 1998, Hewari, 1995). El análisis de los totales
de petróleo se analizó en cromatografía FID (ASTM D 5134 1998, EPA 8015, 1996,
Hendrik Van De Weghe, 2006, Saari, 2007, NMX-AA-145-SCFI-2008). Los hidrocarburos
se extrajeron del suelo usando n-pentano como disolvente y utilizando un sistema de
extracción soxhlet. Diez gramos en proporción 1:1 con sulfato de sodio anhidro. El extracto
se concentró a 2 ml en un destilador, el extracto se almacenó a -6 grados (US EPA 3541,
1994). Las muestras se analizaron con un cromatógrafo de gases con un detector de
ionización de llama equipado con una columna capilar para detección, utilizando gas
nitrógeno como medio de arrastre. El análisis cromatográfico se realizó para discriminar
gasolina, gasolina y gasolina. La concentración de hidrocarburos de fracción media se
determinó mediante la integración del cromatograma que considera el área bajo la curva de
los picos resueltos frente a la curva de calibración. La determinación de los hidrocarburos
de fracción media se llevó a cabo antes y después de la prueba electrocinética.
Dispositivo experimental
La celda se hizo con un tubo de metacrilato transparente dividido en cinco segmentos
donde se colocó el suelo contaminado. El compartimiento central contenía el suelo
contaminado. Los compartimentos de los electrodos estaban en un lado de cada sección de
suelo contaminado. También se separaron del suelo con una malla de nylon de 0.5 mm.
Cada compartimento de electrodos tenía un desbordamiento para recoger el agua
transportada debido al proceso de electro-osmosis. Los electrodos de grafito se ubicaron en
los compartimentos de electrodos y se conectaron a la fuente de alimentación de la propia
elaboración. La corriente eléctrica que se suministró en el rango de funcionamiento de la
fuente es de 0-5 V al potencial y de 0 a 5 A por ocho días. La perturbación del potencial y
la corriente fue seguida por un equipo multímetro.
Análisis de conductividad
El seguimiento de la conductividad durante el proceso se llevó a cabo con un equipo hermo
Scientific™ STARA2120.
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Figura 2. Dispositivo experimental electrocinético.
Caracterización del suelo
Clasificación textural
El suelo se tamizo a través de una malla para un tamaño de partícula menor a 2 mm. El
suelo menor a 2 mm fue triturado con la finalidad de liberar las partículas separadas.
Posteriormente se pesó 10 gr de la muestra y se tamiza en una serie de tamices para obtener
una muestra menor a 0.1 mm de tamaño de partícula, cada muestra de suelo fraccionada fue
pesada para calcular posteriormente como porcentaje del peso total inicial de tierra fina.
Las partículas de limo y arcilla se midieron por sedimentación expresado posteriormente en
porcentaje del peso total. La asignación de la clase textural se realizó utilizando el triángulo
textural 8.
pH
El suelo previamente tamizado se colocó en un vaso de precipitados y se agregó agua des
ionizada en una relación 1:25 agua-suelo, se agitó por 10 minutos y se registró el pH.
Conductividad
Se colocó 100 g de suelo previamente tamizado en un vaso de precipitados y se agregó
agua hasta que se obtuvo una pasta saturada, se reposó por 4 horas y posteriormente se
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se midió a conductividad al extracto colectado.
Cationes intercambiables
Se colocaron en un matraz 5 gramos de suelo tamizado y se agregó 25 mL de acetato de
amonio 1 M y se agitó por 30 minutos. Posteriormente se filtró al vacío donde el filtrado se
colocó en matraz volumétrico de 100 mL y se aforó con agua doble de ionizada. E
sobrenadante fue analizado mediante absorción atómica y/o emisión.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Se llevaron a cabo recorridos exploratorios por el municipio de Vanegas, con el objetivo de
identificar espacios públicos invadidos por vegetación invasora, fauna urbana nociva y
acumulación de diésel y aceites provenientes del mantenimiento a las máquinas de
ferrocarril. Particularmente se trabajó en la cabecera municipal, detectando algunas
ausencias en la jerarquización de áreas prioritarias, por ejemplo, de la afluencia peatonal de
escolares, para asegurar su integridad. Por otra parte, se analizó la población y
equipamiento en el radio de influencia de cada una de las áreas identificadas como
prioritarias a intervención y rescate.
El muestreo del suelo se llevó a cabo en referencia a NOM-138-SEMARNAT / SSA1-2012
9 para un área de 0.6 Ha (caja roja Figura 2). Los resultados del análisis de hidrocarburos
de fracción media antes y después del proceso electrocinético se presentan en la Tabla 1, se
observa que los valores disminuyen significativamente, sin embargo, no en todos los casos
analizados se cumple con el límite máximo permisible para fracciones de hidrocarburos en
suelos (1200 mg/kg). La densidad de corriente presentada en la Figura 3, sugiere un buen
control del movimiento de iones en el sistema.
Análisis de mecánica de suelo
Los suelos predominantes dentro del Sistema Ambiental Regional son los Litosoles, los
cuales se distribuyen en lomeríos y bajadas. Son muy someros, menores de 10 cm de
profundidad, sobreyacen directamente a la roca o a una fase dura, continua y coherente, y
presentan bastantes afloramientos rocosos. Son de origen residual, derivados de caliza-
lutita. Son de color grisáceo oscuro, con textura media y pH ligeramente alcalino; en esta
zona se asocian con Xerosoles. Por su escasa profundidad no se recomienda ningún tipo de
uso para estos suelos, sólo dejarlos para la vida silvestre. A continuación, se presenta la
descripción de las características morfológicas obtenidas en el terreno y los análisis de
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laboratorio para un perfil representativo de este tipo de suelo. Perfil representativo para:
Litosol Ubicación fisiográfica: Provincia de la Sierra Madre Oriental, Subprovincia Sierras
y Llanuras Occidentales. Sistema de topoformas: Bajada con lomeríos.
Figura 2. Área de estudio en Vanegas S.L.P., el cuadro rojo representa el área contaminada con
hidrocarburos históricos.
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Tabla 1. Resultados de TPH fracción pesada mg / kg de suelo en las coordenadas del
cuadrante 14Q y XY. Análisis A. antes y B. después del proceso electrocinético.
Horizonte A1 Profundidad 0-10 cm. Color pardo grisáceo muy oscuro. Separación de
contraste abrupto y forma plana. Reacción fuerte al HCl diluido. Textura franca.
Consistencia blanda en seco y friable en húmedo. Adhesividad y plasticidad ligeras. Gravas
de tamaño fino y muy fino, de forma subangular frecuentes, de naturaleza caliza y lutita,
Guijarros de forma subangular, escasos, de naturaleza caliza y lutita. Estructura granular,
Porosidad en cantidad moderada y constitución finamente porosa. Raíces muy finas, finas y
medias frecuentes. Drenaje interno: drenado. Denominación del horizonte: Ócrico. Roca
consolidada. Profundidad de 10 cm en adelante.
X Y A B
301634.63 2642761.58 5826 980
301650.92 2642758.54 5798 1380
301663.14 2642757.39 5720 1354
301678.99 2642756.61 5833 1398
301635.69 2642744.43 6203 1620
301651.07 2642742-32 6567 1786
301665.96 2642738.42 5898 1498
301675.43 2642736.43 5782 1330
301638.96 2642722.78 6239 1645
301652.96 2642721.59 6532 1890
301673.26 2642717.60 5412 1100
301643.16 2642700.30 5571 1460
301668.37 2642697.08 6745 2350
301665.87 2642678.58 6639 2280
301669.47 2642679.55 5639 1310
301765.73 2642686.68 6639 1900
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Tabla 2. Propiedades del suelo.
Horizonte A1
Profundidad (cm) 0-10
Textura:
% de arcilla
% de limo
% de arena
21
34
45
Clasificación textural C
Color en húmedo 10YR 3/2
Conductividad eléctrica (mmhos/cm) Menor de 2.0
pH en agua relación 1:1 8.2
% de materia orgánica 2.55
CICT (meq/100 g) 16.25
Cationes intercambiables 100
Sodio (meq/100 g) 0.30
Potasio (meq/100 g) 1.07
Calcio (meq/100 g) 18.20
Magnesio (meq/100 g) 0.55
% de saturación de bases 100
Fósforo (ppm) 0.68
Figura 3. Densidad de corriente y tiempo en el suelo de electroremediación.
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La estrategia para la reforestación de las áreas dispuestas se llevará a cabo mediante el
trazado de una malla con cuadrantes de 10 m2. Para el sembrado de especies cuyo follaje
requiera de un promedio de 5.0 metros de diámetro. Las especies vegetales mayores a 1.5
metros de altura, son propuestas como barrera vegetal inducida, mismas que tendrán la
función de minimizar la velocidad del viento. En el caso de especies vegetales con altura
menor de 1 metro, se aprovechará el follaje para la retención y recuperación de la capa
superficial suelo. En todos los casos, la siembra entonces se llevará a cabo en el centro de
cada cuadrante. La distribución de estas últimas especies se llevará a cabo considerando
también el diámetro de extensión de su follaje. En el caso de especies vegetales arbustivas
la plantación se llevará a cabo cada 2.5 m. En la Tabla 2, se presenta una descripción de la
vegetación nativa del municipio de Vanegas, misma que será primordial para la
reforestación, así como para áreas verdes.
Tabla 1. Especies nativas del municipio de Villa de Vanegas, San Luis Potosí.
Nombre científico Nombre común
Agave salmiana Maguey cimarrón (2) Roseta 2 m de ancho y 1.5 m de alto,
sus hojas son
lanceoladas y gruesas con espinas
grandes y anchas de color verde a verde
oscuro, su inflorescencia mide hasta 8
m con flores verde-amarillas, se
reproduce por semillas e hijuelos.
Agave striata Agave salmeana (2) Roseta de 1,5 metros de altura
aproximadamente y hasta 5 m de
ancho, cada una de las hojas es de 1 m
de largo y 35 cm de ancho con espinas
de 3 cm en el margen, de color negro y
forma de gancho.
Acacia farnesiana Huizache blanco (2) Arbusto espinoso o árbol pequeño,
perennifolio o subcaducifolio, de 1 a 2
m de altura la forma arbustiva y de 3 a
10 m la forma arbórea, con un diámetro
a la altura del pecho de hasta 40 cm.
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Cupressus
semperiverns
Cipes (1) Altura entre 25 y 30 metros.
Excepcionalmente pueden alcanzar
hasta los 35 metros. Hojas Se presentan
en ramillos con forma de escama entre
2 y 5 milímetros de longitud. Forman
un follaje denso de color verde oscuro.
Spheraloe
funifera
Samandoque (2) Espaciado: 24-36 pulgadas (60-90 cm)
Parkinsonia
aculeata
Retama 1) Altura de 6 a 8 m de alto y de 4 a 8 m
de diámetro de copa, de forma
extendida y crecimiento rápido.
Prosopis juliflora Mezquite blanco (1) Árbol o arbusto espinoso, caducifolio,
de 2 a 12 m (hasta 15 m) de altura con
un diámetro a la altura del pecho hasta
de 40 cm. Bajo condiciones favorables
de suelo y humedad, tienen hábito
arbóreo y en condiciones de aridez
extrema arbustivo.
Dasylirion
acrotriche
Sotol 2) Follaje firme hojas estrechas de 1 m de
largo y 1 cm de ancho y de diámetro de
1.8 m, florescencia blanca a mediados
de verano.
Yucca
carnerosana
Yuca (1) Planta arborescente, de 2.0 a 3.5 m de
altura y en ocasiones hasta 5.0 m,
ramificada de 1.5 a 2.0 m sobre el nivel
del suelo, de rosetas de hojas
simétricas. Hojas 50 a 100 cm de largo
y de 5.2 a 7.5 cm de ancho. Flores de
6.5 a 9.5 cm de largo y fruto carnoso,
semillas de color negro, grueso y sin
alas.
Yucca filifera Yuca 1) Planta con varios tallos que alcanza 10
m de alto o más, hojas de 30-45 cm de
largo por 2-2,4 cm de ancho, de color
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verde, con los márgenes delgados de
color pardo castaño y fibrosos.
Inflorescencias terminales, erectas en el
principio, colgante después de la
floración, en panículo oval, grande.
Flores blanco cremosas, segmentos del
tépalo ovales o anchamente oblongos,
agudos; filamentos más cortos que los
tépalos. Fruto oblongo, abayado, de 5-7
cm de largo; semillas negruzcas planas,
delgadas.
1. Especie arbórea 2. Especie arbustiva. Tomado de: J. Rezeowski, Vegetación de México,
CONABIO, Editorial Limusa, S.A. Primera Edición 1978.
CONCLUSIONES
La metodología utilizada permitió demostrar que es posible degradar parcialmente
hidrocarburos de fracción media. Es necesario incrementar los tiempos de imposición de
corriente y analizar en fraccciones de tiempo. La permeabilidad del suelo permitió el buen
funcionamiento de la metodología propuesta. Dentro de las perspectivas se propone utilizar
un consorcio de bacterias nativas que ayuden a la degradación del hidrocarburo residual.
AGRADECIMIENTOS
Los autores agradecen a la presidencia del Municipio de Vanegas, S.L.P. por las facilidades
prestadas durante el desarrollo del presente trabajo.
BIBLIOGRAFÍA
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