ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL
Facultad de Ciencias de la Tierra
Aplicacin de Procesos Biolgicos como medida Remediacin para recuperar suelos
Limo-Arcillosos contaminados con Gasolina
TESIS DE GRADO
Previo a la obtencin del Ttulo de:
INGENIERO CIVIL
Presentado por:
Bella Karina Toledo Morn
GUAYAQUIL ECUADOR
Ao: 2009
AGRADECIMIENTO
Primero que nada a Dios porque sin el no hubiera sido posible terminar la tesis, a mi familia y amigos por su apoyo incondicional y a todas las personas que de una u otra modo colaboraron en la realizacin de este trabajo y especialmente a mi Director de Tesis, el Ing. Francisco Torres por su paciencia, orientacin, gua y al Dr. David Matamoros por su invaluable ayuda.
DEDICATORIA
A mis padres Galo y Piedad, a mis hermanos Fabricio y Sandra forjadores de mi vida, a mis amigos.
TRIBUNAL DE GRADUACION
_________________________ _________________________
Ing. Gastn Proao Msc. Ing. Francisco Torres SUBDECANO FICT DIRECTOR DE TESIS PRESIDENTE _________________________ _________________________
Dr. David Matamoros Ing. Alby Aguilar VOCAL VOCAL
DECLARACION EXPRESA
La responsabilidad del contenido de esta
Tesis de Grado me corresponden
exclusivamente; y el patrimonio intelectual
de la misma a la ESCUELA SUPERIOR
POLITECNICA DEL LITORAL
___________________________
Bella Karina Toledo Morn
I
RESUMEN
Siendo el Ecuador un pas petrolero, la contaminacin por
hidrocarburos esta considerada como una emergencia sanitaria
por las secuelas que ha dejado y sigue dejando en el medio
ambiente y en la salud pblica.
La presente tesis tiene como objetivo principal fomentar
el estudio y la aplicacin de las tcnicas de Biorremediacin
de suelos; las mismas que son logstica y econmicamente mas
convenientes en el momento de disear y de llevar a cabo los
proyectos de remediacin.
En su primera parte se revisan y definen los fundamentos tericos
de los procesos de remediacin, para su posterior aplicacin en
el campo en un medio controlado pudiendo observar de manera
clara los cambios durante todo el proceso.
II
INDICE GENERAL
RESUMEN ........... I
NDICE GENERAL .. II
INDICE DE FIGURAS . VI
INDICE DE TABLAS VII
INDICE DE GRAFICOS ... X
INDICE DE FOTOS .. XI
ABREVIATURAS . VIII
UNIDADES IX
Pag.
CAPITULO I
1 INTRODUCCIN . 1
1.1 Antecedentes 2
1.1.1 Suelos contaminados..... 5
1.1.2 Principales causantes de la contaminacin de suelos .... 7
1.1.3 Origen y composicin del petrleo .. 11
1.1.3.1 Clasificacin del petrleo segn su Gravedad API .... 14
1.1.4 Contaminacin de suelos por hidrocarburos 14
1.1.5 Impacto ambiental en Ecuador producto de la contaminacin de
suelos por hidrocarburos .... 19
1.2 Definicin del problema ... 22
1.3 Objetivos .. 23
1.3.1 Objetivo general 23
http://es.wikipedia.org/wiki/Gravedad_APIIII
1.3.2 Objetivos especficos 23
1.4 Justificacin ..... 24
1.5 Estructura de la Tesis . 25
CAPITULO 2
2 GENERALIDADES TERICAS
2.1 Tcnicas de remediacin de suelos . 27
2.1.1 Extraccin por fluidos .. 28
2.1.2 Tratamiento electroqumico 29
2.1.3 Inyeccin de aire .. 30
2.1.4 Enjuague del suelo ... 31
2.1.5 Extraccin con solventes . 34
2.1.6 Incineracin 35
2.1.7 Fitorremediacin ... 37
2.1.8 Biorremediacin 39
2.1.9 Tratamiento trmico . 40
2.1.10 Atenuacin natural . 41
2.1.11 Solidificacin o estabilizacin ... 42
2.2 Seleccin de las tcnicas de remediacin .. 43
2.2.1 Caractersticas del contaminante 50
2.2.2 Localizacin y caractersticas del sitio ... 52
2.2.3 Caractersticas del suelo .. 52
2.3 Factores que inciden en la eficiencia de una tecnologa de
remediacin .. 53
CAPITULO 3
3 BIORREMEDIACION
3.1 Definicin 55
3.2 Tipos de Biorremediacin 57
IV
3.2.1 Bioaireacin 57
3.2.2 Bioestimulacin .. 58
3.2.3 Bioaumentacin . 58
3.2.4 Biolabranza . 58
3.2.5 Compostaje . 59
3.3 Desarrollo tecnolgico de la Biorremediacin .. 60
3.4 Fundamento Bioqumico de la Biorremediacin .. 62
3.5 Factores que afectan en la efectividad de los procesos de
Biorremediacin .. 64
3.6 Diversidad microbiana en los sitios contaminados ..... 67
3.7 Tipos de bacterias usadas en los procesos de Biorremediacin .. 68
3.8 Ventajas y desventajas de la aplicacin de esta tcnica ... 72
CAPITULO 4
4 METODOLOGA DE LA INVESTIGACIN
4.1 Seleccin del tratamiento a aplicar . 74
4.2 Tipos de muestreo . 75
4.3 Obtencin de la muestra .. 76
4.4 Requerimiento de seguridad en el proceso de obtencin de muestras .. 80
4.5 Procedimiento de muestreo . 81
4.6 Almacenamiento y transporte de la muestra 82
4.7 Preservacin de muestras ... 85
4.8 Ensayos de laboratorio y obtencin de resultados .. 87
CAPITULO 5
5 APLICACIN DEL TRATAMIENTO
5.1 Adecuacin del lugar .. 91
5.2 Manipulacin y disposicin del suelo contaminado 95
5.3 Proceso de Remediacin .. 99
V
5.4 Acondicionamiento nutritivo 101
Acondicionamiento nutritivo 1 . 101
Acondicionamiento nutritivo 2 . 107
5.5 Aplicacin de la fitorremediacion 111
5.6 Anlisis e interpretacin de los resultados ... 115
5.6.1 Septiembre .. 116
5.6.2 Octubre .... 118
5.6.3 Noviembre .. 120
5.6.4 Diciembre .... 122
5.6.5 Enero ... 125
5.6.6 Febrero .... 127
5.6.7 Parmetros de VOCs y TPH .... 129
CAPITULO 6
6 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
6.1 Conclusiones .. 131
6.2 Recomendaciones . 134
BIBLIOGRAFIA 135
ANEXOS
ANEXOS A: CONTROL Y SEGUIMIENTO DE LAS CELDAS DE REMEDICIN
ANEXOS B: CRITERIOS DE REMEDIACIN PARA SUELOS CONTAMINADOS
ANEXOS C: LMITES PERMISIBLES PARA LA IDENTIFICACIN Y REMEDIACIN DE SUELOS CONTAMINADOS EN TODAS LAS FASES DE LA INDUSTRIA HIDROCARBURFERA
VI
INDICE DE FIGURAS
Pag.
Figura 1.1 Diversos tipos de contaminacin de los recursos naturales. (PROFEPA,2006)
1 Figura 1.2
Figura 1.3
Figura 1.4 Ro contaminado. (Microsoft Encarta, 2006).
3
Figura 1.5 Diagrama de la biomagnificacin.
(Toledo, 2009) 6
Figura 1.6 Manejo inadecuado de residuos peligrosos. (PROFEPA,2006)
8
Figura 1.7
Movimiento de tierra en Times Beach, Missouri despus de detectar la presencia de Dioxina en el suelo. (The Washington Post)
10
Figura 1.8 Diagrama de una perforacin para la extraccin de petrleo. (Ganitz y Chamiza, 1994)
12
Figura 1.9 Suelo contaminado con hidrocarburos. (Fuente: globalexchange.org)
15
Figura 1.10 Piscina de desechos de petrleo. (Fuente: Selvas.org)
17
Figura 1.11 Contaminacin en el Ri Cuyabeno Chico por una fuga en el oleoducto de Petroecuador. (Fuente: gfbv.it)
18
Figura 1.12 Desechos lquidos producidos en la extraccin del petrleo. (Fuente: texacotoxico.org).
19
Figura 1.13 Contaminacin de la selva amaznica. (Fuente: texacotoxico.org).
20
Figura 1.14 Ro contaminado con hidrocarburos. (Fuente: texacotoxico.org)
21
Figura 2.1 Esquema del proceso de electroremediacin.
(X. Domnech, 1995) 29
Figura 2.2 Esquema del proceso de depuracin de un 30
VII
suelo por aire. (X. Domnech, 1995)
Pag.
Figura 2.3 Sistema combinado de extraccin de vapores del suelo y aspersin de aire. (EPA, 1996)
31
Figura 2.4 Esquema de una planta de enjuague de suelos. (E. de Miguel Garca, 1995)
32
Figura 2.5 Proceso de extraccin con solventes. (EPA, 1996)
34
Figura 2.6 Esquema de incineracin. (E. de Miguel GARCIA, 1995)
36
Figura 2.7 Proceso de Fitorremediacin. (Cunningham y Ow,1996)
37
Figura 2.8 Mtodos de Fitorremediacin. (Singh et al, 2003)
39
Figura 2.9 Tratamiento microbiolgico in situ. (X. Domenech, 1995)
40
Figura 2.10
Esquema del proceso de inyeccin de lechada de cemento bajo una mancha de contaminacin (Esquema del proceso de inyeccin de lechada de cemento bajo una mancha de contaminacin (Fuente:html.rincondelvago.com/000551542.jpg)
42
Figura 3.1 Proceso de Bioremediacin in situ de agua y suelo (Evaluacin de Riesgos y Restauracin Ambiental, 2001).
56
Figura 3.2 Proceso de Bioremediacin ex situ de agua y suelo (Evaluacin de Riesgos y Restauracin Ambiental, 2001).
57
Figura 3.3 Proceso de compostaje de suelo contaminado (Biosoil).
59
Figura 3.4 Biodegradacin aerobia en suelos contaminados con hidrocarburos (Fuente: EPA, 1996).
60
Figura 3.5 Cladophialophora (Georg, 2007). 72
VIII
NDICE DE TABLAS
Pag.
Tabla 1.1 Impactos ambientales para grupos selectos de industrias. (Henry y Heinke, 1999).
4
Tabla 1.2 Clasificacin de la contaminacin de suelos y aguas. (Eweis, 199)
11
Tabla 1.3 Impactos ambientales en el suelo por el Petrleo. (Heinke, 1999)
16
Tabla 2.1 Mtodos de Fitorremediacin. (Heinke, 1999)
38
Tabla 2.2 Ventajas y desventajas de algunos mtodos de remediacin. (Heinke, 1999)
44 45
Tabla 2.3 Ventajas y desventajas de los mtodos de remediacin in situ y ex situ. (Volke y Velasco, 2002).
46
Tabla 2.4 Ventajas y desventajas de las tecnologas de remediacin, clasificadas de acuerdo con el tipo de tratamiento. (Volke y Velasco, 2002)
47
Tabla 2.5 Cronograma valorado de algunos mtodos de remediacin.
48
TABLA 3.1
Tipos de reacciones en los procesos de degradacin aerbicos y anaerbicos. (Heinke, 1999)
63
Tabla 3.2 Tipos de bacterias ms comunes usadas en los procesos de remediacin. (Heinke, 1999)
70
Tabla 4.1 Mnimos de puntos de muestreo de acuerdo con el rea contaminada (Fuente: Profepa, 2003)
76
Tabla 4.2 Materiales y recipientes para las muestras de suelo .
79
Tabla 4.3 Tiempo aproximado que puede mantenerse inalterada una muestra de suelo (a 4 C y en l oscuridad) en funcin de los parmetros a determinar. (Contaminacin y depuracin de suelos. Instituto tecnolgico geominero de Espaa)
82
Tabla 4.4 Condiciones para la muestra, transporte y conservacin de la muestra. (Contaminacin y depuracin de suelos. Instituto tecnolgico geominero de Espaa)
84
IX
Pag.
Tabla 4.5 Recipientes para las muestras de suelo, temperatura de preservacin y tiempo mximo de conservacin por tipo de parmetro. (Contaminacin y depuracin de suelos. Instituto tecnolgico geominero de Espaa)
86
Tabla 4.6 Factores Indicativos de Contaminacin. (Contaminacin y depuracin de suelos. Instituto tecnolgico geominero de Espaa)
88
X
NDICE DE GRAFICOS
Pag.
Grafico 2.1 Valoracin grafica de los mtodos de remediacin expresados en dlares. (Toledo, 2009)
49
Grafico 5.1 Temperatura vs. Tiempo, correspondiente al mes de septiembre 2006. (Toledo, 2009)
117
Grafico 5.2 Temperatura vs. Tiempo, correspondiente al mes de octubre 2006
119
Grafico 5.3 Temperatura vs. Tiempo, correspondiente al mes de noviembre 2006. (Toledo, 2009)
121
Grafico 5.4 Temperatura vs. Tiempo, correspondiente al mes de diciembre 2006. (Toledo, 2009)
123
Grafico 5.5 Temperatura vs. Tiempo, correspondiente al mes de enero 2007. (Toledo, 2009)
126
Grafico 5.6 Temperatura vs. Tiempo, correspondiente al mes de febrero marzo 2007. (Toledo, 2009)
128
Grafico 5.7 Tiempo vs. VOCs, en un periodo de seis meses. (Toledo, 2009)
130
Grafico 5.8 Tiempo vs.TPH, en un periodo de seis meses. (Toledo, 2009)
131
XI
NDICE DE FOTOS
Pag.
Foto 5.1 Apertura de las zanjas. (Toledo, 2009) 92
Foto 5.2 Compactacin de la arcilla. (Toledo, 2009) 93
Foto 5.3 Colocacin de la cal. (Toledo, 2009) 94
Foto 5.4 Colocacin de vegetacin seca de las
especies nativas. (Toledo, 2009) 95
Foto 5.5 Excavaciones para observacin de la contaminacin en lugar donde se extrajo las
muestras. (Toledo, 2009) 96
Foto 5.6
Foto 5.7 Material de muestra. (Toledo, 2009) 97
Foto 5.8 Valoracin visual del gradote contaminacin. (Toledo, 2009)
98
Foto 5.9 Colocacin del material en las celdas de
remediacin. (Toledo, 2009) 98
Foto 5.10 Extraccin de rocas. (Toledo, 2009) 99
Foto 5.11 Adiccin de agua al material contaminado. (Toledo, 2009)
100
Foto 5.12 Mezcla y movimiento del suelo. (Toledo, 2009)
101
Foto 5.13 Adicin de aserrn al material. (Toledo, 2009)
102
Foto 5.14 Preparacin de las bacterias. (Toledo, 2009)
103
Foto 5.15 Colocacin de las bacterias. (Toledo, 2009) 103
Foto 5.16 Proteccin de la celda, para mantener
temperatura. (Toledo, 2009) 104
Foto 5.17 Inundaciones en la celda de remediacin. (Toledo, 2009)
105
Foto 5.18 Presencia de babosas en el sitio. (Toledo, 2009)
105
Foto 5.19 Extraccin del agua de las celdas. (Toledo, 2009)
106
XII
Pag.
Foto 5.20 Presencia de vegetacin en la celda. (Toledo, 2009)
107
Foto 5.21
Foto 5.22 Colocacin de aserrn en la celda de remediacin. (Toledo, 2009)
108
Foto 5.23 Mezcla del aserrn. (Toledo, 2009) 108
Foto 5.24 Colocacin de vegetacin viva y seca del rbol de Saman. (Toledo, 2009)
109
Foto 5.25 Colocacin de vegetacin de las especies nativas. (Toledo, 2009)
110
Foto 5.26 Presencia de Actinomicetos. (Toledo, 2009) 111
Foto 5.27 Presencia de microfauna. (Toledo, 2009) 112
Foto 5.28 Siembra de plantas en el material a remediar. (Toledo, 2009)
113
Foto 5.29 Presencia de hongos en el suelo remediado. (Toledo, 2009)
113
Foto 5.30 Leve deterioro en el estado de las plantas. (Toledo, 2009)
114
Foto 5.31 Colocacin de vegetacin seca para mantener la humedad en el suelo. (Toledo, 2009)
115
Foto 5.32 Crecimiento de las plantas. (Toledo, 2009) 116
Foto 5.33 Material contaminado con gasolina en la primeras etapas del proceso de remediacin. (Toledo, 2009)
118
Foto 5.34 Comprobacin visual del estado del suelo contaminado en el segundo mes de tratamiento. (Toledo, 2009)
120
Foto 5.35 Recuperacin visible del suelo en el tercer mes de tratamiento. (Toledo, 2009)
122
Foto 5.36 Acondicionamiento nutritivo 1. (Toledo, 2009)
124
Foto 5.37 Inundacin de la celda de remediacin. (Toledo, 2009)
124
Foto 5.38 Suelo completamente saturado de agua. (Toledo, 2009)
125
Foto 5.39 Acondicionamiento nutritivo 2. (Toledo, 2009)
127
Foto 5.40 Crecimiento de plantas. (Toledo, 2009) 129
1
CAPITULO 1
INTRODUCCION Los problemas ocasionados por la contaminacin sean estos en agua,
suelo o aire han sido y sern motivos para que da a da el hombre busque
la manera de contrarrestar dichos problemas de manera ms eficiente,
rpida y a ms bajo costo.
Figuras 1.1, 1.2 y 1.3.- Diversos tipos de contaminacin de los recursos naturales (PROFEPA,2006).
2
1.1 ANTECEDENTES
La desmedida cantidad de productos qumicos usados para la
agricultura despus de la II Guerra Mundial, acompaada del vertido
indiscriminado de residuos industriales y domsticos, provoc a
mediados de la dcada de 1960, una creciente preocupacin por la
contaminacin de los suelos (Microsoft Encarta, 2006).
Hoy en da el manejo inadecuado de los residuos peligrosos as
tambin como el mal uso del suelo por parte de los seres humanos ha
dado como origen un problema a nivel mundial debido a la relacin
que hay entre la contaminacin del suelo y las fuentes de
abastecimiento de agua potable, superficiales y subterrneas, ya que
estas son fuente de vida para la humanidad.
Los derrames de petrleo han provocado serios problemas y aun hoy
es un problema latente principalmente en los pases productores de
petrleo debido a que, ya sea en su extraccin, refinacin,
almacenamiento y transporte a los lugares de destino, pueden surgir
daos en las infraestructuras y producirse derrames.
3
Diversos pases han establecidos polticas para prevenir el deterioro y
la contaminacin de los suelos, estableciendo leyes basadas en las
evaluaciones y probabilidades de riesgos asociados a la
contaminacin de suelos, previniendo la descarga al medio ambiente
de desechos peligros.
Figura 1.4.- Ro contaminado (Microsoft Encarta, 2006).
4
TABLA 1.1 Impactos ambientales para grupos selectos de industrias (Henry y Heinke, 1999)
Consecuencias
ambientales
Litosfera Impactos humanos
Petroqumica Eliminacin de slidos y
lodos rellenos de tierras.
Derrames accidentales
durante el transporte y
almacenamiento.
Ciertos productos y
desperdicios txicos para
muchas formas de vida.
Perturbacin del estilo de
vida por emisiones a las tres
esferas.
Metales Eliminacin de escoria y
productos de desecho
del procesamiento.
Efectos en la salud de los
txicos liberados en aire y
agua.
Minera Descarga de desechos
de minas y residuos de
procesamiento.
Trastorno de la
agricultura, la silvicultura
y la recreacin por
minas a cielo abierto.
Peligro para la salud de los
mineros (mercurio, asbesto,
explotacin de carbn).
Agricultura Erosin de la superficie
del suelo.
Agotamiento de material
orgnico,
microorganismos
necesarios del suelo.
Peligro para la salud por
pescado y mariscos
contaminados con mercurio.
Pulpa y papel Degradacin del
ecosistema en reas
desmontadas.
Erosin de tierras no
protegidas.
Peligro para la salud por
pescado y mariscos
contaminados con mercurio.
5
1.1.1 Suelos contaminacin
La contaminacin del suelo se define como la acumulacin en
ste de compuestos txicos persistentes, productos qumicos,
sales, materiales radiactivos o agentes patgenos, que tienen
efectos adversos en el desarrollo de las plantas y la salud de los
animales (Microsoft Encarta, 2006).
La contaminacin de los suelos se da principalmente por la
acumulacin de los metales pesados, que en pequeas
cantidades son beneficiosos y sirven como nutrientes del suelo,
los metales pesados se encuentran principalmente en la
actividad minera y en los procesos de combustin e incineracin
de las refineras.
Cuando el detrimento de los suelos sobrepasa el lmite de
tolerancia del mismo, ste se sobresatura, deteriorndose y
perdiendo su capacidad de auto regenerarse y sus propiedades,
las cuales directa o indirectamente permiten la supervivencia de
la flora y fauna y por ende de los seres humanos debido a la
biomagnificacin 1
1 Biomagnificacin: Es la acumulacin de sustancias txicas en la cadena alimentaria.
6
CON
TA
MIN
ACI
ON
Cont
amin
aci
n
Figura 1.5.- Diagrama de la biomagnificacin (Toledo, 2009).
La aplicacin excesiva de fertilizantes como la rea, el nitrato de
calcio y el cloruro de potasio entre otros, producen alteraciones
en los suelos, irnicamente algunas de tcnicas usadas para la
remediacin de dichos suelos modifican tambin la estructura de
los suelos.
Aunque el suelo puede contaminarse ante la presencia de
cualquier residuo peligroso las propiedades qumicas, como el
pH, la textura y la materia orgnica del suelo juegan un papel
importante en la absorcin del contaminante.
7
La dispersin de los contaminantes es otro factor de
consideracin ya que las condiciones del terreno y el clima
podran hacer que la contaminacin no slo sea en el sitio
afectado sino que podra repercutir grandes extensiones, la
volatizacin de los contaminantes constituye una de las vas de
contaminacin atmosfrica, los contaminantes acuosos por
escorrenta y luego por infiltracin puede transportar los
contaminantes a las aguas subterrneas.
La mayora de los compuestos vertidos en el suelo o agua sufren
transformacin en su metabolismo llevndolas a un estado
menos contaminante, las bacterias autctonas del suelo
degradan los compuestos orgnicos en un lapso de tiempo
relativamente corto dependiendo de las caractersticas del suelo,
temperatura, la presencia de los nutrientes necesarios para su
desarrollo.
1.1.2 Principales causantes de la contaminacin de los suelos
Antes de que existieran las regulaciones referentes al manejo y
disposicin final de los desechos peligrosos era frecuente que
las industrias acumularan los residuos peligrosos en sus
8
instalaciones para luego depositarlos en tanques o contenedores
cuando eran residuos lquidos y en caso de residuos slidos los
almacenaban generalmente a la intemperie sin protecciones
(Eweis,1999).
El almacenamiento de combustible bajo tierra se convirti en una
prctica habitual para ahorrar espacio y por seguridad de los
habitantes pero al paso del tiempo siendo depsitos metlicos
sufrieron corrosin ocasionando fugas y provocando
contaminacin en las reas aledaas a los depsitos.
Figura 1.6.- Manejo inadecuado de residuos peligrosos (PROFEPA,2006)
9
Los residuos industriales no tipificados como peligrosos
depositados en tiraderos de basura y sitios no adecuados
conllevaron a la contaminacin de grandes extensiones de suelo
y por consecuencia a los cuerpos hdricos.
Un ejemplo de contaminacin por la mala disposicin de los
residuos considerados txicos es lo sucedido en la comunidad
de Lathrop, California, donde vertieron el residuo obtenido al
aclarar un depsito de fabricacin del pesticida dibromocloro
propano (DBCP) el cual segn las investigaciones es
cancergeno y un esterilizador masculino (Eweis,1999).
Otro caso de contaminacin es lo ocurrido en Times Beach,
Missouri, donde se coloc una mezcla de lubricantes y residuos
qumicos en carreteras y caminos no pavimentados para
contrarrestar el polvo y aos despus luego de la muerte de
algunos animales se encontraron altas concentraciones de
Tetraclorodibenzo(p)dioxina en el suelo, tomaron como medida
de remediacin retirar 15 centmetros de la superficie del suelo
pero no fue suficiente y posteriormente tuvieron que evacuar el
rea (Eweis,1999).
10
En Estados Unidos se han identificado ms de 30 mil sitios
contaminados tales como instalaciones de fbricas
abandonadas, basureros, rellenos sanitarios mal diseados por
lo cual tuvieron que implementar metodologas para valorar la
repercusiones al ambiente y a la salud pblica (Eweis,1999).
Figura 1.7.- Movimiento de tierra en Times Beach, Missouri despus de detectar la presencia de Dioxina en el suelo. (The Washington Post)
11
Tabla 1.2 Clasificacin de la contaminacin de suelos y aguas (Eweis, 1999)
Tipos
de
compuestos
Procedencia habitual Capacidad de
dispersin Efectos txicos
Compuestos
qumicos de la
agricultura
Industrias
manufactureras,
distribuidores de
compuestos qumicos,
granjas, aeropuertos
destinados a vuelos de
fumigacin.
Generalmente
baja
Enfermedades del
sistema nervioso, cncer
Gasolina y
diesel
Estaciones de servicio,
bases militares,
refineras.
De baja a
moderada
Los compuestos
cancerigenos se
incluyen dentro de la
gran variedad de
compuestos del
petrleo.
Pinturas Vertederos municipales De moderada
a alta
Envenenamiento por
metales pesados, daos
al sistema nervioso,
cncer.
Disolventes
Industrias de la
electrnica, talleres de
automocin, bases
militares.
De moderada
a alta
Se incluyen los
compuestos
cancergenos, daos a
nervios, toxicidad.
Hidrocarburos
policlnicos
aromticos
(HPA)
Fabricacin de gas de
hulla
De baja a
moderada
Cierto nmero de HPA
son conocidos, o se
sospecha que son
cancerigenos.
PCB
Transformaciones
elctricos Baja Cncer
Dioxinas
Fabricacin de
compuestos qumicos,
gases provenientes del
escape de vehculos,
combustin de residuos
Baja
Formacin de tumores,
acne debido a la
exposicin continuada a
compuestos del cloro.
1.1.3 Origen y composicin del petrleo
El petrleo es una sustancia oleosa, insoluble en agua y con una
densidad que flucta entre 0.75 y 0.95 g/ml., compuesta
12
exclusivamente por hidrgeno y carbono, motivo por el cual se lo
denomina hidrocarburo. Se dividen en dos categoras:
aromticos y alifticos.
Los aromticos son estructuras de anillo simple o mltiple que
contienen enlaces alternativos individuales o dobles. Los
alifticos contienen cadenas o anillos de carbono con o sin
enlaces alternativos individuales o dobles. Los hidrocarburos
alifticos pueden ser alcanos, alquenos alquinos o sus
Figura 1.8.- Diagrama de una perforacin para la extraccin de petrleo (Ganitz y Chamiza, 1994).
13
derivados. Los hidrocarburos cloraros usados para producir
pesticidas sintticos han causado efectos desastrosos en el
medio ambiente debido a su resistencia a la degradacin, son
pocos solubles en agua, se acumulan en los suelos y se
adhieren a los tejidos de las plantas teniendo una vida media
aproximada de tres aos en los suelos cultivados.
La formacin de los hidrocarburos ha sido un punto
contradictorio para los cientficos desde hace mucho tiempo, es
sabido que la formacin del petrleo est relacionada con la
descomposicin de organismos de origen vegetal y animal que
posteriormente fueron cubiertos con capas de sedimentos y bajo
los efectos de la presin, temperatura sumado a millones de
aos dieron como resultado los hidrocarburos. La relacin
carbono/hidrgeno depende del tipo de yacimiento y de la
antigedad, el promedio flucta entre 83 y 86% de carbono y de
11 a 13% de hidrgeno, mientras ms carbn mayor es la
cantidad de metales pesados. El petrleo no solo esta formado
por hidrgeno y carbono, este tiene pequeas cantidades de
azufre, nitrgeno, metales como nquel, cromo, hierro, vanadio y
cobalto.
14
1.1.3.1 Clasificacin del petrleo segn su Gravedad API
El petrleo es clasificado en liviano, mediano, pesado y
extrapesado, de acuerdo a su medicin de gravedad API.
Crudo liviano: es definido como el que tiene
gravedades API mayores a 31.1 API
Crudo mediano: es aquel que tiene gravedades API
entre 22.3 y 31.1 API.
Crudo pesado: es definido como aquel que tiene
gravedades API entre 10 y 22.3 API.
Crudo extrapesado: es aquel que tiene gravedades
API menores a 10 API. A estos crudos tambin se
les denomina bitmenes.
1.1.4 Contaminacin de suelos por hidrocarburos
Los derrames de petrleo y sus derivados han provocado a nivel
mundial una contaminacin de suelos de proporciones todava
incalculables, no slo por la contaminacin provocada al medio
ambiente sino porque los hidrocarburos estn constituidos por
http://es.wikipedia.org/wiki/Gravedad_APIhttp://es.wikipedia.org/wiki/Gravedad_API15
compuestos txicos para los seres vivos ya que stos son
cancergenos y mutagnicos.
Figura 1.9.- Suelo contaminado con hidrocarburos (Fuente: globalexchange.org)
La contaminacin por hidrocarburos tiene un efecto perjudicial en
el suelo, cambiando sus propiedades fsicas, qumicas y
biolgicas con efectos momentneos o duraderos dependiendo
de la concentracin y del tiempo de contacto del suelo con el
contaminante, lo que retardara o impedira el crecimiento de la
vegetacin y por ende de vida en el lugar afectado.
16
Tabla 1.3 Impactos ambientales en el suelo por el Petrleo (Heinke, 1999)
C
Cuando los suelos son arcillosos o rocosos la contaminacin es
menor, porque el hidrocarburo penetra a poca profundidad lo
cual facilita las actividades de limpieza, en el caso que los suelos
sean arenosos penetra con mayor rapidez, a mayor profundidad
y en los suelos con gran contenido de materia orgnica se
adhiere fuertemente a las partculas y a los restos vegetales tal
es el caso de los manglares o pantanos.
Los accidentes de contaminacin por hidrocarburos son hasta
cierto punto inevitables en la industria petrolera por la gran
cantidad de hidrocarburos que se manejan. Las fuentes de
contaminacin son varias pero las ms frecuentes son:
Tuberas corrodas.
Piscinas de desechos de petrleo.
Ambiente Exploracin
Extraccin,
produccin,
procesamiento
Transmisin Uso y
eliminacin
Litsfera
Estallidos y
derrames en
tierra
Estallidos y
derrames.
Eliminacin de
lodos
Construccin de
tuberas y
vertederos
Daos al
permafrost
Eliminacin
de aceites
usados
17
Los derrames producidos por las tuberas corrodas es uno de
los ms frecuentes debido a que las mayoras de las refineras
existentes tienen ms de cincuenta aos de funcionamiento,
algunos de los cuales estn en zonas susceptibles a la
contaminacin como manglares, zonas pantanosas o selvas.
El Ecuador se ha visto afectado por innumerables focos de
contaminacin, como son las piscinas de desechos del petrleo
en la amazonia, en los primeros aos de la explotacin petrolera
no haba regulaciones sobre estas descargas. El manejo
inadecuado da como resultado infiltraciones y escurrimientos al
medio ambiente.
Figura 1.10.- Piscina de desechos de petrleo (Fuente: Selvas.org)
18
En los pases de Amrica Latina principalmente en Brasil,
Venezuela, Argentina, Mxico y Ecuador se han producido
severas contaminaciones a causa de la extraccin y manejo del
petrleo provocando un deterioro considerable del suelo que va
en aumento y afectando el abastecimiento de agua potable.
La conciencia ambiental en cuanto a los sitios contaminados por
hidrocarburos ha sido recientemente intensificada al ver los
daos a corto y largo plazo que estos causan al ambiente y a la
poblacin, pocos aos atrs no exista conciencia en cuanto a
las dificultades y costos de la remediacin de suelos ponindose
Figura 1.11.- Contaminacin en el ro Cuyabeno Chico por una fuga en el oleoducto de Petroecuador
(Fuente: gfbv.it)
19
en evidencia que es innegablemente ms conveniente prevenir
que remediar los problemas de contaminacin.
1.1.5 Impacto ambiental en Ecuador producto de la
contaminacin de suelos por hidrocarburos
En 1965 cuando se descubri el primer pozo productivo
comenzaron los problemas para la amazona ecuatoriana,
afectando las comunidades indgenas radicadas en los
alrededores de las estaciones petroleras al ser desplazados de
su territorio o por la contaminacin producida por las mismas (El
Petrleo en el Ecuador,2002).
Figura 1.12.- Desechos lquidos producidos en la extraccin del petrleo (Fuente: texacotoxico.org).
20
Los sectores ms afectados son Orellana y Sucumbios que son
zonas donde se extrae la mayor parte de las riquezas petroleras
del pas, en estas reas se registra la ms alta tasa de cncer
del pas, los pobladores han sufrido la prdida de sus animales y
los cultivos, a ms de no contar con agua optima para el
consumo humano.
Las tribus de los Tetetes desapareci por completo en los
primeros aos de explotacin petrolera, otras tribus como los
Siona, Secoya, Huaorani, Cofn y Kichwa perdieron casi todos
sus territorios ancestrales y son afectados por la contaminacin
de los ros las cuales contaminan sus suministros de agua .
Figura 1.13.- Contaminacin de la selva amaznica. (Fuente: texacotoxico.org).
21
Aunque la industria petrolera ha impulsado la economa del pas
tambin ha provocado graves daos al medio ambiente, un
ejemplo claro de esto es que, entre los aos de 1972 y 1993 se
vertieron mas de 114 mil millones de litros de desechos txicos y
petrleo sin refinar en las tierras y vas fluviales de la Amazonia
Ecuatoriana (Hurtig y San Sebastin, 2004).
Segn anlisis en el Ecuador en 1999 en los ros cercanos a los
campos petroleros se encontraron concentraciones elevadas de
hidrocarburos de petrleo, en algunos de estos riachuelos las
concentraciones de hidrocarburos eran ms de 100 veces
mayores al lmite permitido por la Comunidad Europea.
Figura 1.14 Ro contaminado con hidrocarburos (Fuente: texacotoxico.org)
22
Los estudios realizados a las habitantes de la regin amaznica
de pas comprobaron los graves trastornos en la salud con
sntomas tales como cansancio, dolor de cabeza, ojos irritados;
las mujeres tienen 2,5 veces mas probabilidades de aborto y la
tasa de cncer tanto en hombre como en mujeres aument
significativamente en las zonas donde se haba estado
explotando petrleo por ms de 20 aos.
1.2 DEFINICIN DEL PROBLEMA
Siendo el Ecuador un pas petrolero, la contaminacin por
hidrocarburos est considerada como una emergencia sanitaria por
las secuelas que ha dejado y sigue dejando en el medio ambiente y en
la salud pblica. Puesto que el petrleo le otorga al estado un gran
porcentaje del presupuesto, slo fue hasta despus de dos dcadas de
explotacin que los problemas de contaminacin se hicieron notorios y
se vio en la necesidad de tomar medidas para preservar el entorno
natural y humano de la Amazonia.
Por todos los problemas ambientales producidos por los derrames del
petrleo o por la colacin de residuos en lugares no adecuados para
su contencin, se volvi una prioridad implementar medidas para
23
manejar de una manera ms segura los desechos y para darles el
tratamiento requerido a bajo costo, con rapidez y con mayor
efectividad.
1.3 OBJETIVOS
1.3.1 Objetivo general
La presente tesis tiene como objetivo principal fomentar el
estudio y la aplicacin de las tcnicas de Biorremediacin de
suelos; las mismas que son logstica y econmicamente ms
convenientes en el momento de disear y de llevar a cabo los
proyectos de remediacin, siendo el costo y el tiempo de accin
bajo las condiciones idneas mucho menor que en la aplicacin
de otras tcnicas.
1.3.2 Objetivos especficos
Identificar, localizar y describir el sitio y fuente de
contaminacin.
Establecer y determinar las alternativas de remediacin a
emplearse.
Procesar la informacin obtenida en cada mtodo.
24
Establecer una comparacin.
Justificar cientfica y econmicamente la eficacia de los
procesos de remediacin utilizando aserrn y plantas no
invasivas obtenidas en el lugar de estudio.
Demostrar la efectividad de suelos remediados para la
agricultura.
1.4 JUSTIFICACIN Las tcnicas de remediacin estudiadas y aplicadas en la presente
tesis sern una base fundamental para los estudiantes de ingeniera
civil, puesto que los problemas ambientales producidos por los
hidrocarburos se ha convertido en un problema latente, que hasta el
da de hoy en algunas ocasiones se toman medidas que no solucionan
el problema de raz. La bsqueda de nuevos tratamiento de
remediacin se ha ido incrementando en los ltimos aos debido a la
necesidad de realizar los trabajos de limpieza ms rpido y con ms
bajos costos, ese es el desafo de todos los profesionales en el
Ecuador quienes deben estar preparados para enfrentar los problemas
que se presentan en este mundo competitivo.
Finalmente, la presente tesis permitir aprovechar muchos materiales
disponibles en los lugares contaminados para usarlos en los procesos
25
de remediacin, disminuyendo costos y minimizando el tiempo de
remediacin.
1.5 ESTRUCTURA DE LA TESIS
El presente trabajo de investigacin fue estructurado en seis captulos
para un mejor desarrollo del tema, los mismos que se describen a
continuacin:
CAPITULO 2: GENERALIDADES TERICAS
En este capitulo se trataran las diversas tcnicas de remediacin, las
ventajas y desventajas de los diferentes mtodos de remediacin y los
factores de seleccin que inciden en la eficiencia de dichos procesos.
CAPITULO 3: BIORREMEDIACION
Se hace referencia en este capitulo los tipos de biorremediacin, su
desarrollo tecnolgico as como los fundamentos bioqumicos y los
factores que afectan en la aplicacin de procesos de biorremediacin.
CAPITULO 4: METODOLOGA DE LA INVESTIGACIN
Aqu se abordar la seleccin del tratamiento de biorremediacin, el
tipo de muestreo a realizarse, anlisis del suelo y obtencin de los
parmetros requeridos para determinar la eficiencia del tipo de
biorremediacin seleccionado en el presente estudio.
26
CAPITULO 5: APLICACIN DEL TRATAMIENTO
Finalmente se llevar a cabo la aplicacin del tratamiento de
biorremediacin seleccionado en campo, adems se realizarn
peridicamente monitoreos fisicoqumicos del suelo para determinar el
avance de remediacin del mismo.
CAPITULO 6: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Luego de realizar la investigacin y obtener los datos se procede a
realizar las recomendaciones y conclusiones.
27
CAPITULO 2
GENERALIDADES TERICAS 2.1 Tcnicas de remediacin de suelos
Las tcnicas de remediacin de suelos implican cualquier operacin que
altera las caractersticas de los desechos peligrosos o contaminantes
mediante la aplicacin de procesos fsicos, qumicos y biolgicos
disminuyendo su toxicidad, volumen, o movilidad.
Los procesos de remediacin pueden clasificarse como destructivos y
no destructivos, los procesos destructivos como su nombre lo indica
destruyen el contaminante, alterando su estructura qumica; los no
destructivos reducen la concentracin del mismo aprovechando sus
propiedades fsicas y qumicas o sirven para inmovilizar los
contaminantes evitando as que se dispersen.
28
Las tcnicas de remediacin in situ son aquellas que no requieren
excavacin y transporte del suelo, estas tcnicas dependen mucho del
tiempo necesario para descontaminar el rea y del costo del tratamiento.
Las ventajas de estos tratamientos son sus bajos costos y la posibilidad
de tratar el suelo sin necesidad de excavar ni transportar el material.
Los procesos de remediacin ex situ consisten en extraer el
contaminante para realizar el tratamiento de remediacin en otro sitio en
condiciones controladas pero con un costo mas elevado que el
tratamiento in situ.
2.1.1 Extraccin por fluidos
La extraccin por fluidos consiste en separar los contaminantes
mediante un fluido arrastrando el contaminante cuando se usa aire
o lavndolo en el caso de utilizar agua, una vez arrastrado el
contaminante a un lugar ms accesible donde podr ser depurado
con las tcnicas apropiadas.
En esta tcnica los procedimientos son ms sencillos, para que
sean efectivos el contaminante debe tener movilidad y los suelos
29
deben ser permeables, este mtodo no es efectivo cuando el suelo
tiene alta absorcin.
2.1.2 Tratamiento electroqumico
Este tratamiento se basa en el desplazamiento del contaminante
mediante la creacin de campos elctricos introduciendo unos
electrodos en el suelo haciendo que los contaminantes se muevan
de un electrodo a otro siguiendo las lneas del campo elctrico.
Este procedimiento tiene como ventaja que la textura y la
permeabilidad del suelo tienen una influencia nfima en la
aplicacin de este tratamiento debido a que se trata del transporte
Figura 2.1.- Esquema del proceso de electroremediacin. (X. Domnech, 1995).
30
masivo del contaminante a travs de los poros grandes y
pequeos. Esta tcnica de remediacin proporciona buenos
resultados en el caso de metales pesados y compuestos
orgnicos.
2.1.3 Inyeccin de aire
La inyeccin de aire consiste en inyectarle aire u/y oxigeno a
presin al suelo a travs de pozos de inyeccin lo cual provoca la
degradacin de los hidrocarburos por volatilizacin y por
biodegradacin, debido a que se estimula la actividad bacteriana al
aumentar la oxigenacin del suelo.
Figura 2.2.- Esquema del proceso de depuracin de un suelo por aire. (X. Domnech, Ed. Miraguano, 1995).
31
Respiradero
aspersin de aire
Compuestos
orgnicos
voltiles en
forma gaseosa
Bomba de vaco
Sistema de
tratamiento
Zona no
saturadaNivel fretico
Hay que tener en cuenta que las molculas ms pequeas se
degradaran ms fcilmente, es un proceso lento y los
contaminantes son devueltos a la atmsfera sin sufrir depuracin
sin embargo estos compuestos tienden a degradarse rpidamente.
2.1.4 Enjuague del suelo
Esta tcnica consiste en inundar el suelo con una solucin que
transporta los contaminantes hasta un sitio donde puedan
Figura 2.3.- Sistema combinado de extraccin de vapores del suelo y aspersin de aire. (EPA, 1996).
32
extraerse, el tipo de solucin va a depender del contaminante a
tratar y por lo general consiste en agua sola o con aditivos como
cidos, hidrxidos.
Cuando los contaminantes son fciles de disolver se usa
solamente agua, en el caso que sean metales y contaminantes
orgnicos los cuales se encuentran por lo general en el reciclaje de
bateras o en los procesos de cromado industrial se deben usar las
Figura 2.4.- Esquema de una planta de enjuague de suelos (E. de Miguel Garca, 1995).
33
soluciones cidas, las soluciones bsicas se usan para tratar los
fenoles (alcohol) y ciertos metales.
En lugares donde hay arcilla o limo los resultados no son ptimos
debido a que la solucin de enjuague no puede desplazarse
libremente y no entra en contacto fcilmente con el contaminante,
otro inconveniente es que en ocasiones el enjuague contiene
aditivos que si no se retiran completamente pueden contaminar el
agua subterrnea.
Cuando hay varias sustancias peligrosas como metales y aceites
este tratamiento no es eficaz debido a que es difcil hacer un
enjuague que sirva para retirar varios contaminantes a la vez.
Se utiliza para tratar principalmente contaminantes como metales,
gasolina, plaguicidas y fuel oil, este tratamiento tiene varias
ventajas a ms de ser un tratamiento que se puede realizar en el
sitio, crea un sistema que no es afectado por las condiciones
externas y siendo el costo bajo puede usarse como tratamiento
preliminar.
34
2.1.5 Extraccin con solventes
Este tratamiento consiste en utilizar solvente para separar o retirar
los contaminantes inorgnicos peligrosos, no destruyndolos sino
concentrndolos para poder reciclarlos o eliminarlos con mayor
facilidad.
Los solventes utilizados principalmente para la extraccin con
solventes son:
Dixido de carbono liquido
Figura 2.5.- Proceso de extraccin con solventes (EPA, 1996)
35
Butano
Propano
Acetona
Metanol
ter dimetlico
Al poner en contacto la tierra contaminada con el solvente dentro
de un tanque, sta se dividir en tres elementos: agua, slido y
solventes con contaminantes disueltos, cada uno de estos
componentes pueden ser tratados de manera individual; este
mtodo es eficaz para tratar fangos residuales, suelo con
contaminantes orgnicos y desechos de petrleo, no es
recomendable para contaminantes inorgnicos puesto que en la
mayora de los solventes estos materiales no se disuelven
fcilmente.
2.1.6. Incineracin
La incineracin es utilizada para destruir sustancias orgnicas y en
algunos casos hasta para transformar ciertas sustancias
inorgnicas en condiciones controladas en slidos inertes y gases.
Este proceso transforma los metales pesados en sus xidos los
36
cuales son menos txicos, tambin ha sido utilizada en la
eliminacin de compuestos procedentes de plaguicidas con
ptimos resultados.
Figura 2.6.- Esquema de incineracin (E. de Miguel GARCIA, 1995).
37
2.1.7 Fitorremediacin
La Fitorremediacin utiliza plantas capaces de crecer en suelos
contaminados, este tratamiento puede asimilar, inmovilizar o
extraer los contaminantes, tambin acelera la degradacin de los
compuestos orgnicos en los contaminantes por medio de plantas
con la capacidad fisiolgica y bioqumica para descontaminar
suelos. Pueden usarse para limpiar solventes, compuestos
radioactivos, plaguicidas, metales pesados, petrleo crudo,
hidrocarburos y lixiviados.
Las medidas fitocorrectivas son tratamientos mucho ms lentos
que otras y la profundidad de accin es hasta donde llegan las
Figura 2.7.- Proceso de Fitorremediacin (Cunningham y Ow,1996).
38
Tipo Proceso Involucrado Contaminacin Tratada
Fitoextraccin
Las plantas se usan para
concentrar metales en las
partes cosechables
(principalmente, la parte
area)
Cadmio, cobalto, cromo,
niquel, mercurio, plomo,
plomo selenio, zinc
Rizofiltracin
Las races de las plantas se
usan para absorber, precipitar
y concentrar metales pesados
a partir de efluentes lquidos
contaminados y degradar
compuestos orgnicos
Cadmio, cobalto, cromo,
niquel, mercurio, plomo,
plomo selenio, zinc
istopos radioactivos,
compuestos fenlicos
Fitoestabilizacin
Las plantas tolerantes a
metales se usan para reducir
la movilidad de los mismos y
evitar el pasaje a napas
subterrneas o al aire.
Lagunas de deshecho de
yacimientos mineros.
Propuesto para fenlicos
y compuestos clorados.
Fitoestimulacin
Se usan los exudados
radiculares para promover el
desarrollo de
microorganismos
degradativos (bacterias y
hongos)
Hidrocarburos derivados
del petrleo y
poliaromticos, benceno,
tolueno, atrazina, etc
Fitovolatilizacin
Las plantas captan y
modifican metales pesados o
compuestos orgnicos y los
liberan a la atmsfera con la
transpiracin.
Mercurio, selenio y
solventes clorados
(tetraclorometano y
triclorometano)
Fitodegradacin
Las plantas acuticas y
terrestres captan, almacenan y
degradan compuestos
orgnicos para dar
subproductos menos txicos
o no txicos.
Municiones (TNT, DNT,
RDX, nitrobenceno,
nitrotolueno), atrazina,
solventes clorados, DDT,
pesticidas fosfatados,
fenoles y nitrilos, etc.
races, es recomendable usarlo para extraer los restos de
contaminantes que hayan quedado al usar otras tcnicas de
remediacin y en lugares donde las concentraciones de los
contaminantes sean bajas.
Tabla 2.1 Mtodos de Fitorremediacin
39
2.1.8 Biorremediacin
La biorremediacin consiste en usar microorganismos (hongos,
bacterias) para acelerar la tasa de degradacin natural de los
contaminantes para descomponerlas o degradarlas en sustancia
menos toxicas o no toxicas obteniendo un suelo til para la
agricultura por el uso de nutriente.
Figura 2.8.- Mtodos de Fitorremediacin (Singh et al, 2003).
40
Algunos microorganismos se comen las sustancias orgnicas
obteniendo de stas los nutrientes y la energa que requieren para
sobrevivir, los microorganismos descomponen los contaminantes
dando como resultado principalmente dixido de carbono y agua.
Al degradarse todos los contaminantes es decir al acabarse la
fuente de alimentacin de los microorganismos la poblacin de los
mismos disminuye hasta desaparecer.
2.1.9 Tratamiento trmico
Esta tcnica consiste en suministrar calor al sitio afectado,
sometiendo el suelo a altas temperaturas (entre los 1000 C) se
Figura 2.9.- Tratamiento microbiolgico in situ (X. Domenech, 1995)
41
produce la desintegracin de los contaminantes, se realiza en dos
fases, en la primera se oxida la mayor parte de los contaminantes y
en la segunda fase se elimina el contaminante por completo los
contaminantes y los gases manteniendo el suelo a altas
temperaturas. Este tratamiento es comnmente usado para
eliminar la contaminacin producida por hidrocarburos
poliaromticos.
En algunos casos se somete el suelo a temperaturas mas bajas
(entre 250 y 550 C) consiguiendo con esto la desorcin de los
contaminantes en lugar de la destruccin de los mismos, es muy
usada para remediar suelos contaminados con lubricantes, aceites
minerales, gasolinas y en ciertos casos metales pesados como el
mercurio.
2.1.10 Atenuacin natural
Aunque no esta considerada como una tcnica de remediacin
est incluida en las tcnicas in situ de bajo costo, consiste en la
biotransformacin natural es decir utiliza los procesos fsico-
qumicos que se dan entre el suelo y el contaminante de forma
natural.
42
Estos procesos reducen la concentracin de los contaminantes por
medio de la dispersin, volatizacin, dilucin, biodegradacin y
todas las reacciones que ayuden a la degradacin del
contaminante.
2.1.11 Solidificacin o estabilizacin
Esta tcnica se encarga de inmovilizar el contaminante reduciendo
la generacin de los lixiviados, es especialmente til para residuos
altamente peligrosos que no son posibles de destruir como es el
caso de los compuestos inorgnicos.
Figura 2.10.- Esquema del proceso de inyeccin de lechada de cemento bajo una mancha de contaminacin
(Fuente: http://html.rincondelvago.com/000551542.jpg).
43
Este tratamiento tiene un origen muy antiguo, al observar la
eficiencia de la mezclas de suelo-cemento en la construccin de
los terraplenes se adopto esta tcnica a la remediacin de suelos.
2.2 Seleccin de las tcnicas de remediacin
Antes de seleccionar una tcnica de remediacin es necesario recopilar
informacin sobre:
Caractersticas del contaminante.
Caractersticas ambientales, geogrficas, demogrficas, hidrolgicas
y ecolgicas del sitio.
Caractersticas del suelo.
Disponibilidad de capital.
La adecuada seleccin del tratamiento determinara el xito del mismo,
siendo aconsejable hacer un estudio para determinar la efectividad de la
tcnica, dicho estudio se hace con muestras extradas del sitio, el
estudio se puede realizar en tres partes, en el laboratorio para obtener
informacin del contaminante y para aplicar un tratamiento de
remediacin las muestras para determinar la eficiencia, y en el campo
con una planta piloto para corroborar la eficacia del tratamiento in situ.
44
Tabla 2.2 Ventajas y desventajas de algunos mtodos de remediacin. (Heinke, 1999)
Mtodos de Remediacin
Ventajas Desventajas
Extraccin por fluidos
El procedimiento es sencillo.
Solo funciona en suelos permeables.
No es efectivo en suelos con alta absorcin.
Tratamiento electroqumico
Proporciona buenos resultados en el caso de metales pesados y compuestos orgnicos.
La textura y la permeabilidad del suelo tienen una influencia nfima en la aplicacin de este tratamiento.
El contaminante puede separarse con facilidad del suelo, incluso en forma pura.
Costos elevados en cuanto a equipos.
El suelo tratado pierde ligeramente su fertilidad.
Es necesario hidratar el suelo 24 horas antes de la aplicacin del tratamiento.
Inyeccin de aire Bajo presupuesto
econmico. Procedimiento lento.
Enjuague del suelo
Su proceso y efectividad no son afectados por las condiciones externas.
Siendo el costo bajo puede usarse como tratamiento preliminar.
Efectivo para tratar suelos arenosos o muy permeables.
En arcilla o limo los resultados no son ptimos debido a que la solucin de enjuague no puede desplazarse libremente y no entra en contacto fcilmente con el contaminante.
En ocasiones el enjuague contiene aditivos que si no se retiran completamente pueden contaminar el agua subterrnea.
Cuando hay varias sustancias peligrosas como metales y aceites este tratamiento no es eficaz debido a que es difcil hacer un enjuague que sirva para retirar varios contaminantes a la vez.
45
Mtodos de
Remediacin Ventajas Desventajas
Extraccin con solventes
Es eficaz para tratar contaminantes orgnicos,
No es aplicable para extraer contaminantes inorgnicos debido a que estos materiales no se disuelven fcilmente en la mayora de los solventes.
Incineracin Se pueden tratar
grandes volmenes en tiempo cortos
Emisiones gaseosa. Alto costo de los
incineradores.
Fitorremediacin
Se requiere un mnimo mantenimiento y el manejo de materiales es mnimo.
Pueden eliminar los ltimos restos de contaminantes atrapados en el suelo que a veces quedan con las tcnicas mecnicas de tratamiento.
El suelo queda frtil y puede crecer nueva vegetacin.
Las medidas fitocorrectivas son tratamientos mucho ms lentos que otras y la profundidad de accin es hasta donde llegan las races.
Aplicable para sitios con concentraciones bajas de contaminantes.
Los contaminantes acumulados en las hojas puede liberarse al ambiente.
Tratamiento trmico
Permite tiempos rpidos de limpieza
La principal desventaja de utilizar este mtodo es que el suelo queda desprovisto de toda la materia orgnica imposibilitndolo as para su posterior utilizacin.
Atenuacin natural
Una vez remediado el suelo no se altera la estructura fsico-qumico del suelo.
Son mnimas la transferencia de los contaminantes hacia otros sitios.
Los costos son menores que otros costos de remediacin.
Tiempos de remediacin considerablemente largos.
Se requiere monitoreos a largo plazo.
Solidificacin o estabilizacin
Bajo costos en equipos. Solo se retiene el contaminante.
46
Tabla 2.3 Ventajas y desventajas de los mtodos de remediacin clasificadas de acuerdo a su aplicacin in situ y ex situ (Volke y Velasco, 2002).
In Situ Ex Situ
Ventajas
Permite tratar el suelo sin necesidad de excavar ni transportar.
Potencial disminucin en costos.
Menor tiempo de tratamiento.
Ms seguros en cuanto a uniformidad: es posible homogenizar y muestrear peridicamente.
Desventajas
Mayores tiempos de tratamiento.
Pueden ser inseguros en cuanto a uniformidad: heterogeneidad en las caractersticas del suelo.
Dificultad para verificar la eficacia del proceso.
Necesidad de excavar el suelo.
Aumento de costos e ingeniera para equipos.
Debe considerarse la manipulacin del material y la posible exposicin al contaminante.
47
Tabla 2.4 Ventajas y desventajas de las tecnologas de remediacin, clasificadas de acuerdo con el tipo de tratamiento (Volke y Velasco, 2002).
Ventajas Desventajas
Tratamientos biolgicos
Son efectivos en cuanto a costos.
Son tecnologas mas benficas para el ambiente para el ambiente.
Los contaminantes generalmente son destruidos.
Se requieren un mnimo o ningn tratamiento posterior.
No requieren grandes cantidades de energa.
No produce dixido de azufre ni otras emisiones dainas.
Requieren mayores tiempos de tratamiento.
Es necesario verificas la toxicidad de intermediarios y/o productos.
No pueden emplearse si el tipo de suelo no favorece el crecimiento microbiano.
Tratamientos fisicoqumicos
Son efectivos en cuanto a costos.
Pueden realizarse en periodos cortos.
El equipo es accesible y no se necesita de mucha energa ni ingeniera.
Los residuos generados por tcnicos de separacin, deben tratarse o disponerse aumentando en costos y necesidades de permisos.
Los fluidos de extraccin pueden aumentar la movilidad de los contaminantes, requiriendo un sistema de recuperacin.
Tratamientos trmicos
Permite tiempos rpidos de limpieza.
Es el grupo de tratamientos ms costoso.
La principal desventaja de utilizar estos mtodos es que el suelo queda desprovisto de toda la materia orgnica imposibilitndolo as para su posterior utilizacin.
48
Tabla 2.5 Cuadro comparativo de costos de algunas tcnicas de remediacin (Fuente: www.ine.gob.mx, *Folleto de campo de experiencia del Ingeniero Francisco Torres).
Mtodos de Remediacin Cronograma valorado
Tiempo de ejecucin Costo de la remediacin (Mano de
obra, equipos y materiales) Observaciones
Extraccin por fluidos 2 a 6 meses 238 $/m3
Tratamiento electroqumico Una cuantas semanas
hasta 6 u 8 meses 350 $/m3
Varan segn la extensin del
terreno, el material de los
electrodos, conductividad el suelo,
los costos de energa.
Inyeccin de aire* 1 a 2 meses 25 $/m3 Solo fracciones livianas de petrleo
Lavado del suelo* 2 a 4 meses 35 $/m3
Fitorremediacin* Superior a 6 meses 120 $/m3
Puede requerir varios ciclos de
cultivo
Biorremediacin* Superior a 6 meses 150 $/m3
Solidificacin o estabilizacin
Dependiendo el
volumen en una horas
hasta algunas
semanas
110 $/m3
http://www.ine.gob.mx/49
Grafico 2.1.- Valoracin grafica de los mtodos de remediacin
expresados en dlares. (Toledo, 2009)
0 50 100 150 200 250 300 350 400
Extraccin por fluidos
Tratamiento electroqumico
Inyeccin de aire
Lavado del suelo
Fitorremediacin
Biorremediacion
Solidificacin o estabilizacin
Me
tod
o d
e r
em
ed
iac
in
USD/m3
50
2.2.1 Caractersticas del contaminante
Previo a la seleccin de una tcnica de remediacin es importante
obtener informacin del contaminante as como el tipo de
contaminante (orgnico e inorgnico) la concentracin, toxicidad,
movilidad dentro del medio, etc. Algunas de las caractersticas del
contaminante son:
Estructura del contaminante.- Todos los compuestos qumicos
tienen caractersticas nicas que establecen el grado de
movimiento y la capacidad de degradarse, su estructura qumica
determina su solubilidad, volatilidad, polaridad, y la capacidad de
reaccin.
Toxicidad.- La toxicidad para los seres vivos es un factor
importante para decidir el tipo de tratamiento de remediacin,
aunque el contaminante en s no sea toxico, algunos de sus
componentes pueden ser txicos para ciertos microorganismos,
retardando o impidiendo la biodegradacin.
Concentracin.- La concentracin determina si el suelo
contaminado puede remediarse con el uso de tratamientos
51
biolgicos o si se requiere utilizar tratamientos trmicos o
fisicoqumicos.
Solubilidad.- Esta caracterstica determina la disponibilidad de los
compuestos en su fase liquida es decir la cantidad del compuesto
que puede disolverse en agua por lo tanto la biodegradabilidad de
un compuesto depende de la solubilidad.
Difusin.- Est definida como la capacidad de movimiento que
tiene el contaminante a travs del suelo, la difusin determina el
grado de degradacin.
Volatizacin.- Es el proceso en el que una sustancia pasa de su
estado liquida a su estado slido o gaseoso, la volatizacin
depende del tipo de contaminante, contenido de humedad,
temperatura, concentracin y porosidad del suelo.
Densidad.- La densidad determina la tendencia del contaminante a
quedarse en la superficie del suelo o de penetrar en el mismo.
Biodegradabilidad.- Es la predisposicin de una sustancia para
ser transformado por medio de mecanismos biolgicos, los
52
microorganismos del suelo oxidan con mayor rapidez los
compuestos no txicos.
2.2.2 Localizacin y caractersticas del sitio
Estos dos factores tienen una gran incidencia en el momento de
elegir una tcnica de remediacin de suelos para asegurar la
efectividad del trabajo de limpieza. Estos dos factores determinan
el equipo que se podr emplear y la capacidad tecnolgica a
utilizarse vara ampliamente.
2.2.3 Caractersticas del suelo
El suelo representa un sistema de minerales no consolidados y de
partculas orgnicas meteorizadas por la accin del viento, agua y
aire. Debido a que su matriz est conformada por minerales, agua,
aire, materia orgnica y organismos vivos, las cuales son
caractersticas propias del terreno, limitan las opciones en el
momento de seleccionar una tcnica de remediacin. Algunos
datos como lo son el tamao de la partcula, la densidad aparente,
permeabilidad, pH, contenido de materia orgnica, humedad,
pueden obtenerse fcilmente y son factores que determinan la
53
eficiencia de la tecnologa de remediacin. El tamao de partculas
establece el grado de contaminacin que habr, siendo los suelos
arenosos y de gravas finas ms fciles de ser remediados; si el
terreno es muy heterogneo no sern factibles los tratamientos in
situ por lo tanto los suelos arenosos tiene un mayor grado de
dificultad.
La caracterstica que determina la efectividad en los tratamientos in
situ es la permeabilidad mientras que la humedad establece el tipo
de tecnologa puesto que si hay mucha humedad, est, puede
impedir el paso del aire a travs del suelo afectando el proceso de
biorremediacin.
2.3 Factores que inciden en la eficiencia de una tecnologa de
remediacin
La efectividad de una tecnologa de remediacin est determinado por
varios factores que interactan de forma compleja y estn supeditadas a
las caractersticas del contaminante as como las del suelo. Para la
seleccin de una tecnologa de remediacin es imprescindible conocer
las propiedades del suelo y del contaminante.
Entre los factores a considerar estn:
54
Procesos fsicos (sorcin, adveccin, dispersin, difusin, volatizacin
y solubilidad)
Procesos qumicos (reacciones de hidrlisis, oxidacin, reduccin,
fotlisis)
Procesos biolgicos (biodegradacin, biotransformacin y toxicidad)
Para facilitar la eleccin se debe obtener una descripcin detallada de los
siguientes aspectos:
Tipo de instalacin que dio origen a la contaminacin.
Magnitud de la contaminacin
Ubicacin geogrfica
Uso del suelo afectado
Formas de acceso al sitio
Ubicacin de poblaciones y cuerpos de agua
Caractersticas ecolgicas
A menudo se realiza un estudio de tratabilidad con la finalidad de
determinar si la tcnica seleccionada tendr xito en el momento de su
aplicacin, dicho estudio se realiza tomando muestras representativas del
suelo contaminado.
55
CAPITULO 3
BIORREMEDIACION 3.1 Definicin
La Biorremediacin consiste en el uso de microorganismos tales como:
enzimas, levaduras, hongos o bacterias, para descomponer o degradar
sustancias peligrosas. Los microorganismos as como los seres
humanos se alimentan de sustancias orgnicas, estando stas formadas
por tomos de carbono y de hidrogeno, de las cuales obtienen nutrientes
y energa, siendo esta tcnica menos agresiva para la naturaleza ya que
es 100% natural y de mas bajo costo que las otras tcnicas de
remediacin.
La utilizacin de los microorganismos en los procesos ambientales se
viene dando desde finales de 1950 y comienzos de 1960, se
comenzaron a utilizar principalmente para la limpieza de aguas
residuales. La biorremediacin se desarroll entre las dcadas de los 80
56
y 90, se ha aplicado exitosamente en suelos contaminados con
hidrocarburos cuando las condiciones de biodegradacin son ptimas,
aunque el tiempo que requiere para completar el proceso de limpieza es
mayor que otras tcnicas (Osorio,2003).
El tratamiento biolgico tiene un alto grado de efectividad en remediar
los suelos a un bajo costo de operacin, la factibilidad de tratar el suelo
in situ y ex situ lo hace la opcin ms usada para tratar suelos
contaminados con hidrocarburos. Dichos procesos se pueden dar en
dos condiciones: aerobias (en presencia de oxigeno) o anaerobias (no
hay oxigeno presente) aunque hay microorganismos facultativos, es
decir que pueden sobrevivir sin o con la presencia del oxigeno.
Figura 3.1.- Proceso de Bioremediacin in situ de agua y suelo
(Evaluacin de Riesgos y Restauracin Ambiental, 2001).
57
La efectividad de este tratamiento depende de muchos factores: tipo y
concentracin del contaminante, concentracin de nutriente,
concentracin de microorganismos, condiciones ambientales, etc.
3.2 Tipos de biorremediacin
La Biorremediacin dependiendo las necesidades y caractersticas del
problema se subdivide en varias metodologas (Velasco y Volke, 2002):
3.2.1 Bioaireacin: Consiste en estimular la biodegradacin natural de
los contaminantes de forma pasiva estimulando la actividad microbiana
Figura 3.2.- Proceso de Bioremediacin ex situ de agua y suelo (Evaluacin de Riesgos y Restauracin Ambiental, 2001).
58
a travs de gases, como el metano y oxigeno. Se utiliza principalmente
para tratar suelos orgnicos semi voltiles o no voltiles.
3.2.2 Bioestimulacin: Esta estrategia radica en adicionar soluciones
acuosas que contengan nutrientes como el nitrgeno y fsforo para
mejorar la biodegradacin de contaminantes orgnicos o para la
inmovilizacin de los inorgnicos. Se aplica en suelos contaminados con
pesticidas y se ha comprobado buenos resultados con desechos de
municiones.
3.2.3 Bioaumentacin: Esta tcnica se aplica cuando los
microorganismos de la microflora son insuficientes para degradar los
contaminantes y cuando se requiere el tratamiento inmediato del sitio
contaminado, consiste en la adicin de una alta concentracin de
microorganismos vivos capaces de degradar los contaminantes. Se ha
usado para tratar suelos contaminados con insecticidas, herbicidas y
con desechos con altas concentraciones de metales.
3.2.4 Biolabranza: Consiste en mezclar el suelo contaminado
peridicamente con los nutrientes por medio del arado del mismo para
favorecer la aereacin, para optimizar la degradacin las condiciones del
suelo deben ser registradas constantemente. Se ha tratado con xito los
59
contaminantes como el diesel, lodos aceitosos, gasolina, algunos
pesticidas.
3.2.5 Compostaje: Es un proceso biolgico por medio del cual se trata
los suelos contaminados mezclndolos con elementos orgnicos slidos
como paja, aserrn, estircol y desechos agrcolas para regular la
cantidad de nutrientes, aumentar la generacin del calor y la aereacin.
Este proceso se utiliza principalmente en el tratamiento de residuos
slidos municipales, domsticos, de agricultura y fangos de
depuradoras.
Figura 3.3.- Proceso de compostaje de suelo contaminado (Fuente: Biosoil).
60
Las temperaturas altas que se producen en las pilas del compost
fomentan la eliminacin de algunos componentes peligrosos, las
temperaturas generalmente superan los 55 C.
3.3 Desarrollo tecnolgico de la Biorremediacin
Durante los primeros aos la industria petrolera de Estados Unidos
utiliz esta tcnica de manera rudimentaria debido a que naci de los
conocimientos empricos de los operadores de refineras, colocando los
lodos y otros residuos aceitosos como una capa delgada sobre el suelo
en lugares cercanos a la refinera, dndose cuenta que al cabo de unos
meses los residuos desaparecan, luego de estrictos estudios y una
regulacin y control del procedimiento, esta tcnica pas a utilizarse
como tratamiento de remediacin. Los cientficos comprobaron que
ciertos microorganismos, especialmente las bacterias son capaces de
utilizar el hidrocarburo del petrleo como alimento y fuente de energa,
las bacterias oxidan el petrleo transformndolo en dixido de carbono,
agua y energa.
Figura 3.4.- Biodegradacin aerobia en suelos contaminados con hidrocarburos (Fuente: EPA, 1996).
61
Posteriormente las investigaciones determinaron cules eran las
condiciones ptimas para que se pueda dar y acelerar el proceso de
Biorremediacin, la necesidad de mantener el suelo hmedo fue una de
las primeras conclusiones a la que llegaron, otro descubrimiento
importante fue el mantener el suelo en condiciones aerobias, haciendo
ms rpido el proceso.
La adicin de nutrientes orgnicos, principalmente nitrgeno y fsforo
estimulan en proceso, debido a que los hidrocarburos de petrleo son
casi exclusivamente hidrogeno y carbn conteniendo pocos elementos
esenciales para las bacterias como lo son el nitrgeno, fsforo, potasio
entre otros.
La mayora de los descubrimientos sobre la biodegradacin de los
hidrocarburos se dieron en los laboratorios, fueron las personas que se
encontraban trabajando en la industria petrolera los cuales
implementaron los descubrimientos en el campo, usando membranas
plsticas como fondo de las celdas y sistemas de drenaje para
almacenar lixiviados para no contaminar el suelo nativo.
Algunos microorganismos debido a la presencia prolongada de
contaminantes en los suelos han desarrollado la capacidad bioqumica
62
para degradarlos, asimilando sustancias que son peligrosas para los
seres humanos, tales como combustibles o solventes. Una vez
degradados los contaminantes, la poblacin de microorganismos se
reduce al agotarse su alimento.
Las pequeas poblaciones de los microorganismos que quedan no
representan ningn riesgo ya que se quedan en el suelo formando parte
de la materia orgnica del mismo. El proceso de Biorremediacin
normalmente ocurre en la naturaleza pero de manera lenta.
3.4 Fundamento Bioqumico de la Biorremediacin
El proceso de biodegradacin da inicio cuando los microorganismos
transforman los contaminantes mediante reacciones qumicas, los
compuestos pueden ser orgnicos o inorgnicos y los procesos
comprenden las reacciones de oxidacin y reduccin, absorcin,
intercambio de iones y reacciones de quelacin.
El fundamento bioqumico esta basado en las reacciones de oxido-
reduccin que se producen en la cadena transportadora de electrones
de las clulas la cual tiene por finalidad proveer de energa, los
compuestos hidrocarburazos son los sustratos orgnicos que catalizan
63
dichas reacciones actuando como donadores de electrones degradando
as los contaminantes.
Los receptores de electrones ms usados por los microorganismos son
los nitratos, los sulfatos, el oxigeno, el hierro (III) y el dixido de carbono.
La respiracin bacteriana se produce en condiciones aerobias cuando el
oxigeno es utilizado como aceptor y cuando son usados los sulfatos o el
dixido de carbono las condiciones son anaerobias.
Tabla 3.1 Tipos de reacciones en los procesos de degradacin aerbicos y anaerbicos.
Degradacin
aerobia: Sustrato + O2 Biomasa + CO2 + H2O
Degradacin
anaerobia:
Sustrato + NO3- Biomasa + CO2 + N2
Sustrato + SO42- Biomasa + CO2 + S2+
Sustrato + Fe3+ Biomasa + CO2 + Fe2+
Sustrato + Mn4+ Biomasa + CO2 + Mn2+
Sustrato + CO2 Biomasa + CO2 + CH4
Biomasa: Se define como la materia total de los seres que viven en un lugar determinado, expresada en peso por unidad de rea o de volumen. Sustrato: Es el lugar que sirve de asiento a una planta o a un animal fijo.
64
3.5 Factores que afectan en la efectividad de los procesos de
Biorremediacin
La efectividad de los procesos de biorremediacin est sujeta a varios
factores que interactan de forma compleja dependiendo de las
caractersticas del suelo y del contaminante entre otras. Los factores se
pueden vivir en tres grupos: fsicos, qumicos y medioambientales.
Factores fsicos
Factores qumicos
Factores medioambientales
Presencia de agua Disponibilidad del contaminante para los
microorganismos Aceptor de electrones
Estructura qumica del
contaminante
Solubilidad Toxicidad Volatizacin Biodegradabilidad Polaridad Densidad
Temperatura Humedad pH Nutrientes
65
El agua en los procesos de Biorremediacin es uno de los factores
importante, aunque los microorganismos obtienen los nutrientes de las
soluciones, se requieren condiciones mnimas de humedad, un exceso
de humedad provocara la disminucin de la concentracin de oxigeno
en el suelo inhibiendo as el crecimiento de los microorganismos con la
aparicin de zonas anaerobias, el rango de humedad para recuperar
suelos est entre 150 y 250 gramos de agua por kilo de terreno seco
(Eweis,1999).
Algunas veces los microorganismos no pueden estar en contacto con los
contaminantes porque muchos no son solubles en agua concentrndose
en las partculas slidas, algunos pueden acumularse en intersticios
menores a 1 m evitando el crecimiento de las colonias microbianas.
Hay varios aceptores electrones que se pueden emplear para promover
la respiracin microbiana tales como el 7, 2NO , 2
4SO , 3Fe
, 2CO pero
sigue siendo el oxigeno el ms usado en terrenos no saturados.
Los microorganismos son extremadamente sensibles a los cambios de
las condiciones fsicas, qumicas y medioambientales, por ejemplo
algunas bacterias crecen a temperaturas que varan entre 0 hasta 25
C o 30 C, mientras que otras bacterias pueden crecer a temperaturas
de hasta 99 C. ( Henry y Heinke, 1996).
66
El pH ms adecuado para el crecimiento de las bacterias oscila en un
rango de 6.5 a 7.5 teniendo como lmites 4 y 10, en cambio los mohos y
levaduras efectan mejor su funcin en medios cidos (pH entre 0 y 7).
El rango para el mejor desarrollo de los microorganismos es entre 6 y 9,
siendo entre 7 y 8 el rango ptimo para su crecimiento.
Los nutrientes son una necesidad imprescindible para el crecimiento y la
supervivencia de los organismos, los nutrientes deben estar disponibles
para que los microorganismos los asimilen y sinteticen. Los nutrientes
principalmente son el fsforo y el nitrgeno. En algunos casos los
microorganismos se encargan de producir los nutrientes que necesitan a
partir de otros.
Los microorganismos metabolizan la materia orgnica de dos maneras
diferentes:
En la fermentacin se producen reacciones de oxido-reduccin
sin la presencia de un aceptor de electrones externo, la materia
orgnica cumple las funciones de dador y receptor de
electrones a la vez. En el proceso de fermentacin no se
oxidan todos los tomos de carbono por lo cual no se
67
desprende toda la energa potencial bajando as el rendimiento,
siendo ste el motivo por el que no es muy usado este proceso.
En la respiracin interviene un aceptor de electrones mientras
que la materia orgnica funciona como dador de electrones,
cuando el aceptor de electrones es el oxgeno el proceso es
aerobio y cuando se trata de compuestos como el 3NO
o el
2
4SO se produce un proceso anaerobio, los microorganismos
que emplean el oxgeno como aceptor de electrones
desprenden mayor energa que aquellos que utilizan los
nitratos o sulfatos entre otros, en los procesos aerobios los
microorganismos se reproducen con mayor rapidez haciendo
este proceso ms conveniente que los procesos anaerbicos.
3.6 Diversidad microbiana en los sitios contaminados
Las poblaciones microbianas que predominan en los suelos
contaminados son aquellas capaces de sobrevivir y de reproducirse en
un medio lleno de toxicidad, alimentndose de los contaminantes si las
condiciones externas se prestan para esto. Los suelos contaminados
contienen una gran cantidad de microorganismos entre bacterias y
hongos que representan aproximadamente 104 o 106 clulas por gramo
68
de suelo. Las bacterias de la clase de las Pseudonomas son usualmente
encontradas en los suelos contaminados y en los suelos en procesos de
remediacin. Dentro de las especies de las Pseudomonas tenemos las
Aeruginosa, Cepacia, Putida y la Stutzeri. Hay algunos tipos de
Pseudomonas Putida capaces de metabolizar el tolueno.
Varias especies de hongos como la Aspergillus fumigatus y la Absidia
corymberifera entre otros han sido encontradas en suelos contaminados
con pesticidas, en el caso de los suelos contaminados con hidrocarburos
la diversidad microbiana es reducida pero contienen ms
microorganismos que los suelos no contaminados, las bacterias
Pseudomonas y Methanobacterias se desarrollan prsperamente en los
suelos contaminados con hidrocarburos.
3.7 Tipos de bacterias usadas en los procesos de Biorremediacin
Existen una gran variedad de bacterias usadas en la recuperacin de
suelos contaminados, como por ejemplo la bacteria Deinococcus
radiodurans siendo un extremofilo resiste condiciones extremas como: la
radiacin, compuestos mutagnicos, radiacin, sequedad, por esa razn
es comnmente usado para eliminar compuestos radioactivos en el
suelo.
69
Algunas bacterias usan a los hidrocarburos como fuente de carbono
para su crecimiento, solo algunas especies son capaces de degradar
hidrocarburos gaseosos, mientras un mayor numero de bacterias es
capaz de degradar hidrocarburos parafnicos. Existen ms de 25 clases
de bacterias y hongos capaces de degradar hidrocarburos. En la tabla
3.2 se incluyen bacterias que degradan hidrocarburos entre otros:
70
Tabla 3.2 Tipos de bacterias mas comunes usadas en los procesos de remediacin. Grupo de bacterias Genero Importancia ambiental
Bacterias de descomposicin
Pseudomonas
Degrada compuestos orgnicos
Flavobacterium
Degrada protena
Zooglea
Organismo formador de floculos en plantas de
lodos activados
Clostridium
Producen cidos grasos a partir de materia
orgnica en un digestor anaerobio Micrococcus
Methanobacterium
Producen metano gaseoso a partir de cidos grasos en un digestor anaerobio
Methanococcus
Methanosarcina
Bacterias nitrificantes
Nitrobacter
Oxidan compuestos nitrogenados inorgnicos
Nitrosomonas
Bacterias desnitrificantes
Bacillus Pseudomonas
Reducen nitratos y nitritos a nitrgeno
gaseoso u oxido ntrico
Bacterias degradadoras de cloro
Pseudumonas transgenicas
Degradan compuestos txicos que contienen
cloro (como el vinilcloruro) en compuestos menos
nocivos
Bacterias fijadoras de nitrgeno
Azobacter
Capaces de fijar el nitrgeno atmosfrico en
NH3 Beijerinckia
71
Grupo de bacterias
Genero Importancia ambiental
Bacterias reductoras de sulfatos
Desulfovibrio
Interviene en la corrosin de tuberas de hierro
Bacterias fotosintticas
Chlorobium
Reducen sulfuros a azufre elemental
Chromatium
Bacterias frricas
Filamentosas
Sphaerotilus
Dan volumen a los lodos en las plantas de lodos
activados
Oxidantes del hierro
Leptothrix
Oxidan el hierro ferroso
Bacterias degradadoras de hidrocarburos
Pseudomonas Arthrobacter Actinomyces Aerobacter Flaviobacterium Corynebacterium Sphingomonas Micrococcus
Degradan hidrocarburos
Existen tambin algunos tipos de hongos capaces de degradar
contaminantes, pero a diferencia de las bacterias son las races de los
hongos las que se incuban, pueden ser plantados sobre los suelos
contaminados o pueden sembrarse en medios lquidos para luego ser
rociados. El Cladophialophora es un tipo de hongo usado
frecuentemente en la degradacin del tolueno, etilbenzeno y xileno.
72
3.8 Ventajas y desventajas de la aplicacin de esta tcnica
Las ventajas en la aplicacin de la Biorremediacin sobre otras tcnicas
radica en que es menos costosa, elimina los contaminantes en su
totalidad, el proceso se adapta fcilmente al medio y el suelo puede ser
reutilizado, los microorganismos mueren una vez finalizado el proceso
y es 100% natural lo que resulta muy conveniente tomando en cuenta
que las otras antes mencionadas sobre trasladar los contaminantes de
un lugar a otro, son ms costosas y ms complicadas en su aplicacin.
Uno de los puntos negativos en los procesos de Biorremediacin es la
dificultad de aplicar el tratamiento en suelos arcillosos por su alta
Figura 3.5.- Cladophialophora (Georg, 2007).
73
permeabilidad, tambin el tiempo de accin es largo dependiendo del
tipo de contaminante.
Los microorganismos se pueden inhibir cuando hay grandes cantidades
de contaminantes y tal vez la ms importante desventaja es la dificultad
de mantener las condiciones ambientales necesarias para la
supervivencia de los microorganismos as como la cantidad necesaria
de nutrientes para su crecimiento.
74
CAPITULO 4
METODOLOGIA DE LA INVESTIGACION 4.1 Seleccin del tratamiento a aplicar
Para la seleccin de una tcnica de bioremediacin para un suelo
determinado, contaminado con uno o ms sustancias, los criterios de
seleccin son los siguientes:
Ubicacin geogrfica de la zona de contaminacin.
Planos hidrogrficos del sitio estudiado.
Geologa y estudio geogrfico del sector (hidrogeologa, formaciones,
propiedades del suelo, conductividad).
Ubicacin de las zonas urbanas colindantes al terreno contaminado.
Caractersticas del contaminante.
Estudio hidrogeolgico de la zona.
Flora y fauna de la zona.
75
Cuando la contaminacin es reciente, se deber investigar la cantidad
aproximada y el tipo del contaminante para determinar el grado de
contaminacin, caso contrario se deber analizar los sucesos que
provocaron la contaminacin.
4.2 Tipos de muestreo
Debido a la naturaleza compleja del suelo se requiere que el muestreo
sea realizado meticulosamente, no slo para determinar ciertas
propiedades que son imposibles de observar en el campo sino tambin
para observar caractersticas cuya determinacin en el lugar de estudio
es imprescindible, como las estructuras y consistencia de los agregados
del suelo.
Al ser las muestras utilizadas para realizar diversos tipos de ensayos y
anlisis, la toma de la mismas es diferente, por ejemplo cuando se
requiere anlisis de materia orgnica, pH, cationes, el muestreo es de
tipo general, lo que no ocurre con las caractersticas micromor
Top Related