Ecotecnología : Biorremediación de Suelos Contaminados con Hidrocarburos en Zonas Frías o Alto Andinas a través de la Bioestimulación y la Bioaumentación

ING. SANDRO SANCHEZ GUERRA

Nov -2015

UBICACIÓN DEL PROYECTO

La Unidad Minera (UM) Santa Rosa se encuentra ubicada en el distrito de Angasmarca, provincia de Santiago de Chuco, departamento y región de La Libertad, a 209 km de la ciudad de Trujillo. A una altitud comprendida entre 3650 msnm a 3800 msnm, aproximadamente.

ACCESO A LA UNIDAD MINERA SANTA ROSA

El acceso a la Unidad Minera se realiza por vía terrestre y aérea según el cuadro indicado:

Fuente: Compañía Minera Aurífera Santa Rosa SA

Ruta Tipo de acceso Distancia (km) Tiempo

Lima - Trujillo Vía aérea 489 45 minutos

Lima - Trujillo Carretera asfaltada 561 8 horas

Lima - Chimbote Carretera asfaltada 442 5,5 horas

Trujillo - Santiago de Chuco - Angasmarca - UM Santa Rosa Carretera afirmada 209 4 horas

Trujillo - Huamachuco (Desvío Quesquenda) - UM Santa Rosa Carretera afirmada 280 5,75 horas

Chimbote - Molletapa - UM Santa Rosa Carretera afirmada 175 3,6 horas

NORMATIVA NACIONAL E INTERNACIONAL

ESTANDARES DE CALIDAD AMBIENTAL PARA SUELO (ECA)• Se ha tomado como referencia los Estándares de Calidad Ambiental para Suelo

Decreto Supremo N° 002-2013-MINAM aprobada el 25/03/2013.• Art 5° Los Estándares de Calidad Ambiental (ECA) para Suelos son referente

obligatorio en el diseño y aplicación de todos los instrumentos de gestión ambiental, lo que incluye planes de descontaminación de suelo o similares.

• Anexo I – Estándares de Calidad Ambiental para Suelo.

LIMITES MAXIMOS PERMISIBLES PARA SUELO (LMP)• Se ha tomado como referencia los Limites Máximos Permisibles de Hidrocarburos en

y Lineamientos para el muestreo en la Caracterización y especificaciones para la remediación Norma Oficial Mexicana NOM-138-SEMARNAT/SSA1-2012, aprobada el 08/05/2013.

• Tabla 1 - Hidrocarburos que deberán analizarse en función del producto contaminante.

• Tabla 2 - Limites Máximos Permisibles para fracciones de hidrocarburos en suelo

ESTÁNDARES DE CALIDAD AMBIENTAL D.S. N° 002-2013-MINAM

EPA: Environmental Protection Agency (Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos)

Fracción de hidrocarburos F1 o hidrocarburos fracción ligera: Mezcla de hidrocarburos cuyas moléculas contengan entre cinco y diez átomos de carbono (C5 a C10).

Fracción de hidrocarburos F2 o hidrocarburos fracción media: Mezcla de hidrocarburos cuyas moléculas contengan entre diez y veintiocho átomos de carbono (C10 a C28).

Fracción de hidrocarburos F3 o hidrocarburos fracción pesada: Mezcla de hidrocarburos cuyas moléculas contengan entre veintiocho y cuarenta átomos de carbono (C28 a C40).

LIMITE MAXIMO PERMISIBLENorma Oficial Mexicana NOM-138-SEMARNAT/SSA1-2012

NOTA 1:1.     Para usos de suelo mixto, deberá aplicarse el límite máximo permisible más estricto, para los usos de suelo involucrados.

Tabla 1 - Hidrocarburos que deberán analizarse en función del producto contaminante.

PRODUCTO CONTAMINANTEHIDROCARBUROS

FRACCIÓNPESADA

FRACCIÓNMEDIA HAP FRACCIÓN

LIGERA BTEX

Mezcla de productos desconocidos derivados del petróleo X X X X X

Petróleo crudo X X X X X

Combustóleo X X

Parafinas X X    

Petrolatos X   X  

Aceites derivados del petróleo X   X  

Gasóleo X X    

Diesel X X  

Turbosina   X X

Queroseno   X X    

Creosota   X X    

Gasavión   X X

Gasolvente       X X

Gasolinas       X X

Gas nafta       X X

 

FRACCIÓN DEHIDROCARBUROS 

 USO DE SUELO PREDOMINANTE

(mg/kg BASE SECA)

MÉTODO ANALÍTICOAgrícola,forestal,

pecuario y deconservación

Residencial yrecreativo

Industrial ycomercial

Ligera 200 200 500 NMX-AA-105-SCFI-2008

Media 1 200 1 200 5 000 NMX-AA-145-SCFI-2008

Pesada 3 000 3 000 6 000 NMX-AA-134-SCFI-2006

NOTA 1:1.     Para usos de suelo mixto, deberá aplicarse el límite máximo permisible más estricto, para los usos de suelo involucrados.

Tabla 2 - Limites Máximos Permisibles para fracciones de hidrocarburos en suelo

LIMITE MAXIMO PERMISIBLENorma Oficial Mexicana NOM-138-SEMARNAT/SSA1-2012

ANTECEDENTES DEL PROYECTO

La contaminación de suelos por hidrocarburos es un problema importante en la actualidad afectando directamente ecosistemas terrestres y acuáticos.

Existen diferentes tecnologías y métodos para la recuperación de suelos contaminados con Hidrocarburos, sin embargo la biorremediación es una tecnología que en los últimos años se ha venido desarrollando como una alternativa más económica y ambientalmente sostenible para el tratamiento de suelos contaminados

CASO TIPICO - DERRAME DE DIESEL

ALMACENAMIENTO EN LA CANCHA DE VOLATILIZACION

PLAN DE CONTINGENCIA

DERRAME DE COMBUSTIBLE

VERIFICACION DEL AREA IMPACTADA

OBJETIVO GENERAL DEL PROYECTO DE INVESTIGACION

• Evaluar los efectos de la bioestimulación y la bioaumentación al final del proceso de biodegradación del suelo contaminado con hidrocarburos en climas fríos o alto andinos.

OBJETIVO ESPECIFICO DEL PROYECTO DE INVESTIGACION

• Estimar la efectividad de la aplicación de nutrientes (bioestimulación) y de la inoculación de microorganismos eficientes (bioaumentación), durante la biorremediación del suelo contaminado con hidrocarburos.

• Estudiar el comportamiento que tiene las dos técnicas de biorremediación (bioestimulación y bioaumentación) en los diferentes microcosmos implementados y analizar los efectos al final del periodo de ensayo.

DIAGRAMA DE LA BIORREMEDIACION

PRINCIPIO DE LA BIORREMEDIACION APLICADO AL PROYECTO DE INVESTIGACION

Organismos Vivos (hongos, bacterias, plantas) + Suelo Contaminado por hidrocarburos

Los organismos digieren, transforman o remueven los compuestos orgánicos tóxicos, convirtiéndolos en:

Productos metabólicos inocuos o menos tóxicos

Mineralización de los contaminantes (completa degradación de una molécula orgánica hasta compuestos inorgánicos (CO2 + H2O + formas

inorgánicas N y P) y componentes celulares = Suelo Descontaminado

FACTORES QUE PUEDIERON AFECTAR EL PROYECTO DE INVESTIGACION

TEMPERATURA NUTRIENTES

OXIGENO

HUMEDAD

pH

ESTRUCTURA DEL CONTAMINANTE

TOXICIDADINIBIDORES

DIFUSION

FACTORES FISICOQUIMICOS – FACTORES AMBIENTALES – FACTORES BIOLOGICOS

PROPIEDADESBIOCIDAS

ACLIMATACION

TIEMPO

DENSIDAD

METODOLOGIA APLICADA EN LA INVESTIGACION

Fase de campo • Obtención de suelo contaminado con diésel.

(variable independiente)• Preparación y acondicionamiento de suelo a ser remediado.• Preparación de inóculo y de tratamientos de prueba.

(variable independiente – factor cuantitativo)• Elaboración y distribución de camas de muestreo con variedades de nutrientes y combinación de ellas• Variables de control: pH, Temperatura, Humedad

Variables de respuesta: TPH (variable dependiente)• Manejo y control de proceso. Mediciones • Metodología de análisis para TPH, Método EPA 8015-C - Cromatografía • Toma de datos de pH, temperatura y Humedad.

ACONDICIONAMIENTO DEL INOCULO Y PREPARACION DE LOS MICROCOSMOS

• Activación del inoculo:

Bacterias ácido lácticas (Lactobaciluss ssp) Bacterias Fototróficas (Rhodopseudomonas ssp) Levaduras (Saccharomyces ssp) Actinomicetos (Streptomyces albus, gryseus) Hongos la fermentación (Aspergillus oryzae)

• Para la bioaumentación se empleó un rateo de 90:5:5 (20lt:1lt:1lt), con esta proporción se pudieron activar las bacterias que se encontraban inactivas• Dosificación en la bioestimulación fue de 4 a 1 de concentración total.• Finalmente en la combinación de todos los compuestos se mantuvo el ratio de 4 a 1.• Para la dosificación en la Bioaumentación se adiciono 66.66 ml/MA • Concentración base fue de 18,364.6 mg/kg de TPH identificados en la fracción media (C10 al C28).• 1 kg de suelo contaminado por microcosmo.• 15 microcosmos en total• Agrupados en 03 grupos (A, B y C)• Para mantener la humedad optima de cada microcosmo se aplicaba 66.66 ml/MA/microcosmo.

Actinomicetos(Streptomyces albus)

Hongos de fermentación(Aspergillus oryzae)

AGRUPACION DE LOS MICROCOSMOS

SC: Suelo Contaminado, EMA: Microorganismos Eficientes Activados, U: Urea, F: Fertilizante, S: Sílice, P: Proteína.(*) Oxigenación. Fuente: Propia

GRUPO TRATAMIENTO COMPOSICION ADITIVOS

A

Bioaumentación SC + EMA EMA + Volteo Manual (*)

Bioestimulación + Bioaumentación SC + U EMA + Volteo Manual (*)

Bioestimulación + Bioaumentación SC + F EMA + Volteo Manual (*)

Bioestimulación + Bioaumentación SC + S EMA + Volteo Manual (*)

Bioestimulación + Bioaumentación SC + P EMA + Volteo Manual (*)

B

Bioestimulación + Bioaumentación SC + U + F EMA + Volteo Manual (*)

Bioestimulación + Bioaumentación SC + U + S EMA + Volteo Manual (*)

Bioestimulación + Bioaumentación SC + U + P EMA + Volteo Manual (*)

Bioestimulación + Bioaumentación SC + F + S EMA + Volteo Manual (*)

Bioestimulación + Bioaumentación SC + F + P EMA + Volteo Manual (*)

Bioestimulación + Bioaumentación SC + S + P EMA + Volteo Manual (*)

CBioestimulación + Bioaumentación SC + U + F + S EMA + Volteo Manual (*)

Bioestimulación + Bioaumentación SC + F + S + P EMA + Volteo Manual (*)

Bioestimulación + Bioaumentación SC + U + F + P EMA + Volteo Manual (*)

Bioestimulación + Bioaumentación SC + U + S + P EMA + Volteo Manual (*)

CARACTERIZACION DE LAS VARIABLES DE CONTROL GRUPO A

pH - Unidad

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80

SC+EMA 5.2 5.1 5.4 5.2 5 5 6.25 6.25 6.75 6.5 5.5 5 7 6.5 5 6 5

SC+U 5.9 6.1 6.1 6 6 6 6.5 6 5.25 5.75 5 6 6.5 5.5 5.5 6 6

SC+F 4.8 5 5.1 5 5 5 5 5 4.5 5 4.5 4 5 5 5 5 5

SC+S 5.4 5 5.4 5.4 5 5 5.5 5 5.5 5.75 4.5 6 6.5 5 5.5 5 5

SC+P 5.2 5 5.3 5 5.2 5.5 5.25 5.75 5.5 5.75 6.5 5 6.5 5.5 5.5 5 5.5

T °C

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80

SC+EMA 12.8 14.4 14.2 15.8 15.6 15.75 11 16.5 14.5 14.5 13 14 16 16 17 16 15

SC+U 12.2 13.4 13.8 15 14.8 15.5 11 16.5 14.5 15 11 14 15 16 13 17 15

SC+F 12 13.2 14.4 14.8 15.2 15.25 11 16.5 15 14.5 12 14 15 16 12 16 16

SC+S 12.6 13.2 14.6 14.6 15.4 15.5 11 16.5 14.5 14.5 13 14 16 16 16 15 16

SC+P 13.2 12.8 14.2 14.8 15 15.75 11 17 14.5 14.5 12 15 12 16 17 16 16

H %

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80

SC+EMA 20.6 19 16 16.8 16.8 16.25 13.5 16 17 16 16 21 13 19 19 19 16

SC+U 17.2 16.6 17 16.2 16.6 16.5 13.5 16.5 16.5 14.5 19 17 14 16 21 16 16

SC+F 20.2 19.2 21 20 20.8 20 21.5 20 20.5 20.5 22 21 21 21 19 21 19

SC+S 16.6 16.4 17 16 17.2 15.75 15.5 20 18 17.5 19 13 13 21 19 20 17

SC+P 20.8 20 20.4 21.2 19.4 19.5 21.5 18 17.5 14.5 14 19 13 15 21 20 21

GRAFICAS DEL GRUPO A

• El valor del pH promedio fue de 5.44 y oscilo en un rango de 4 a 7 unidades de pH.

• Como se observa en la gráfica, la temperatura en los tratamientos mantuvo un valor promedio de 14,50°C y oscilo en un rango de 11 a 17°C.

• En cuanto a la humedad esta se mantuvo en 17.95 % y oscilo en un rango de 13 a 22%

CARACTERIZACION DE LAS VARIABLES DE CONTROL GRUPO B

pH - Unidad

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80SC+U+F 4.7 4.9 5.2 5 5.2 5.5 6.25 5 4.75 5 5 5 5.5 5 5 5 5.5SC+U+S 5.1 5.4 5.5 5.5 5.5 5.5 6.25 5.5 5.25 5.75 5 5 6.5 5 6.5 5 5.5

SC+U+P 5.2 5.2 5.1 5 5 5 6.5 6.25 6.25 6.25 7 6 6 6 5 5.5 5

SC+F+S 4.6 4.3 4.4 4.5 4.7 5 5 4.75 4.5 4.5 5.5 4 5 4 3 4 5

SC+F+P 5 4.8 4.3 5.2 5 5 5 5.5 5 5.5 5 5 5.5 5 5 5 5

SC+S+P 5.5 5.4 5.2 5 5 5 6.25 5.75 5.75 5.75 6 5 6.5 5 5 5 5

T °C

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80

SC+U+F 13 13.4 14.2 14.8 15.4 15.25 12 16 15 15 11 12 16 16 13 15 16

SC+U+S 12.2 13.4 14.6 15.4 15.4 15.75 11.5 16 14 14 12 13 15 16 15 16 16

SC+U+P 12.8 13.6 14.6 14.6 15.4 15.75 11 16 14.5 14.5 11 14 15 17 13 16 16

SC+F+S 12.6 13.8 14.6 15 15.6 15.25 11.5 16 15 15 12 14 16 17 14 16 16

SC+F+P 13.2 14.4 14.6 15 15.2 15.5 11.5 16.5 15 14.5 13 15 16 17 14 16 15

SC+S+P 13 13.6 14.8 15 15.4 15.5 11.5 16 14 14.5 13 14 16 17 16 17 15

H %

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80

SC+U+F 20.8 20 20 21.2 20.2 21 16.5 19.5 20 20.5 21 19 20 21 19 21 21

SC+U+S 19.4 17.2 21 17.4 16.8 15.75 13 20 18 16.5 17 19 13 19 21 20 17

SC+U+P 20.6 18 20 20.4 20.2 20.25 13.5 18 17 17 14 21 17 20 22 16 21

SC+F+S 19.6 20.6 20.6 21.6 19.4 19.5 20.5 19 19.5 19 19 22 21 22 21 19 21

SC+F+P 20.6 19.8 21.4 19.8 20.6 19.5 21.5 21 20 20 17 21 17 21 19 19 22

SC+S+P 16.6 16 17.2 16.2 17.2 15.75 16.5 17.5 17 17 17 21 13 21 19 21 16

GRAFICAS DEL GRUPO B

• El valor del pH promedio fue de 5.21 y oscilo en un rango de 3 a 7 unidades de pH.

• Como se observa en la gráfica, la temperatura en los tratamientos mantuvo un valor promedio de 14,55°C y oscilo en un rango de 11 a 17°C.

• En cuanto a la humedad esta se mantuvo en 19 % y oscilo en un rango de 13 a 22%

CARACTERIZACION DE LAS VARIABLES DE CONTROL GRUPO C

pH - Unidad

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80

SC+U+F+S 5 4.7 4.6 4.4 4.5 4.5 5.25 5 4.5 5 5 5 6 5 5.5 5.5 4.5

SC+F+S+P 5 5.2 4.7 4.8 5 5 5.5 5 4.5 4.5 6 4.5 5 4 5 4.5 5

SC+U+F+P 5.1 5 5.1 4.9 4.5 4.5 6.5 5.75 5 5 6 5 5.5 5 4.5 5.5 4.5

SC+U+S+P 5.4 5.2 5.3 5.5 5.5 5.5 6.5 5.75 5.75 5.75 5 6.5 6.5 5 5 5 5.5

T °C

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80

SC+U+F+S 13.2 14.2 14.8 15.2 15.6 16 11 15.5 14 13.5 13 15 16 16 16 17 15

SC+F+S+P 13.2 14.4 14.8 15.6 15.8 15.75 11.5 15.5 14.5 14.5 13 14 15 16 16 17 16

SC+U+F+P 13.6 14.4 15.2 15.8 15.8 15.5 11.5 15.5 15 14 14 15 16 16 15 16 15

SC+U+S+P 12.4 14.2 15 15.6 15.2 15.5 11 16 14 13.5 13 15 16 16 16 17 16

H %

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80

SC+U+F+S 19.6 21 21.2 20.2 20.4 21.5 19 20.5 20.5 21.5 19 21 22 21 19 21 20

SC+F+S+P 20 19.6 21.2 19.8 21.2 19.5 21.5 20.5 20 21.5 21 20 18 22 21 19 21

SC+U+F+P 21 19.8 20.8 20.2 19.8 20.25 14 21.5 20.5 21.5 22 21 22 20 21 20 19

SC+U+S+P 17.4 16.4 19.4 16.6 16.2 16.5 13 16.5 17 17.5 19 19 13 21 22 21 15

GRAFICAS DEL GRUPO C

• El valor del pH promedio fue de 5.13 y oscilo en un rango de 4 a 6.5 unidades de pH.

• Como se observa en la gráfica, la temperatura en los tratamientos mantuvo un valor promedio de 14,82°C y oscilo en un rango de 11 a 17°C.

• En cuanto a la humedad esta se mantuvo en 19.64% y oscilo en un rango de 13 a 22%

RESULTADO DE LAS MUESTRAS DE SUELO CONTAMINADO – ANTES DE LA INVESTIGACION

RESULTADOS OBTENIDOS AL INICIO DE LA INVESTIGACION

RESULTADO DE LAS MUESTRAS DE SUELO CONTAMINADO – DESPUES DE LA INVESTIGACION

RESULTADOS OBTENIDOS AL FINAL DE LA INVESTIGACION

ANALISIS CROMATOGRAFICO DE LA MUESTRA MAS EFICIENTE

RESULTADO DEL TRATAMIENTO

SC+U+S 18,364.60 12,026.00 6,338.60 0.35SC+S+P 18,364.60 9,708.00 8,656.60 0.47SC+U+F 18,364.60 12,140.00 6,224.60 0.34SC+U+P 18,364.60 9,549.00 8,815.60 0.48SC+F+S 18,364.60 11,077.00 7,287.60 0.40SC+F+P 18,364.60 10,881.00 7,483.60 0.41

SC+U+S+P 18,364.60 10,354.00 8,010.60 0.44SC+U+F+P 18,364.60 14,141.00 4,223.60 0.23SC+U+F+S 18,364.60 12,622.00 5,742.60 0.31SC+F+S+P 18,364.60 9,612.00 8,752.60 0.48

SC+S 18,364.60 13,124.00 5,240.60 0.29SC+U 18,364.60 11,823.00 6,541.60 0.36SC+F 18,364.60 11,280.00 7,084.60 0.39SC+P 18,364.60 6,947.00 11,417.60 0.62

SC+EMA 18,364.60 11,071.00 7,293.60 0.40

concentracion que ha

reducido en mg/kG HTP

Suelo

Muestras de HTP (*)

mg/Kg HTP

Resultado despues del tratamiento mg/Kg HTP

Porcentaje de Eficiencia

Tipo de Producto Estaciones

LMP

COMPARACION DE TRATAMIENTOS Y METODOS

DIAGRAMA DE CAJAS DE LA TEMPERATURAJUNIO – SETIEMBRE 2015

Con relación a la temperatura con la cual se llevaron los experimentos, con el siguiente grafico se demuestra que los microorganismos son capaces de sobrevivir

desde una temperatura mínima de 3 grados hasta una máxima de 20 grados.

CONCLUSIONES

• Con el objetivo de identificar que tratamiento tiene una mejor respuesta a la descontaminación de los suelos se realiza la siguiente comparación entre el menos eficiente y el mas eficiente tal como se pudo apreciar en la grafica anterior (antes y después). La menos eficiente (U+F+P) redujo 4223.6(mg/kg HTP) y la más eficiente (P) redujo proteína redujo 11417.6(mg/kg HTP) demostrando que muy probablemente la proteína realizó un mejor trabajo que la combinación de nutrientes aunque esta hipótesis debe ser estimado con más repeticiones con el objetivo de verificarlo estadísticamente a través de comparaciones como por ejemplo “Tukey”, “Benferroni”, “Dunnet”, etc.

• Con el objetivo de identificar que método es más efectivo para el tratamiento de los suelos contaminados se eligió el método bioaumentación + bioestimulación (P) con la proteína que fue la que mejor resultado dio vs el otro método bioaumentación (EMA); la combinación de métodos redujo la concentración de HTP en resultando que cuando se utiliza el primero se redujo 11417.6 (mg/kg HTP) representando el 62% de efectividad, mientras que el segundo método redujo a 7293.6 (mg/kg HTP) equivalente al 40% de efectividad.

• Con relación a la temperatura con la cual se llevaron los experimentos, con el siguiente grafico se demuestra que los microorganismos son capaces de sobrevivir desde una temperatura mínima de 3 grados hasta una máxima de 20 grados.

PANEL FOTOGRAFICO

MUCHAS GRACIAS

Ing. Sandro Sánchez Guerrasandrosanchezguerra@gmail.comRPC +51 969389311 / +51 995619091