Evaluación
de campo en biorremediación
de suelos
Autores:
Saracino (1), Ercoli (2), Gálvez (1), Videla (2).
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Algunos métodos biológicos
de tratamiento proporcionan una alternativa de bajo costo para la degradación
de residuos operativos de la industria petrolera. El desarrollo experimental
realizado
en el Yacimiento La Ventana, Mendoza, ha estado orientado al tratamiento ex-situ de
suelos con concentraciones iniciales de hidrocarburos de hasta el 30%
en peso.
El proceso de degradación requiere el control de variables operacionales
tales como nutrientes, humedad y oxígeno. En parcelas especialmente acondicionadas
con el objetivo de analizar las posibilidades técnicas bajo las condiciones
edáficas y climáticas de la región, de características
semi-desérticas, se ha realizado el seguimiento y control del proceso
a través de la medición de hidrocarburos totales, nitrógeno
amoniacal y fósforo disponible. Se ha observado una reducción del
contenido de hidrocarburos hasta valores muy bajos, al cabo de 18 meses de tratamiento.
En todos los casos ha habido desarrollo de vegetación espontánea
después del tratamiento.
Introducción
La degradación de hidrocarburos en suelos se basa en el uso de
agentes microbianos con capacidad de ataque a cadenas hidrocarbonadas,
especialmente las de alto peso molecular. Para que el proceso degradativo
acontezca se requieren condiciones nutritivo-ambientales adecuadas y
una concentración inicial mínima de microorganismos
capaces de degradar hidrocarburos. No siempre el suelo los contiene
y, por lo
tanto, en algunas circunstancias es imprescindible incorporarlos.
Este trabajo constituye un resumen de los resultados obtenidos en
experiencias de campo realizadas en el Yacimiento La Ventana, en
donde han sido
aplicadas técnicas biológicas de tratamiento sobre
una superficie de aproximadamente 2000 metros cuadrados. El propósito
del trabajo es presentar algunos de los resultados obtenidos para
analizar el alcance
y la viabilidad del uso de este tipo de técnicas en zonas
semidesérticas,
con precipitaciones anuales promedio inferiores a 300 mm, amplia
variación
térmica entre el día y la noche, y marcadas diferencias
entre las temperaturas medias de verano y las de invierno. Se ha
experimentado
usando distintos tipos de residuos y suelos bajo diversas condiciones
de laboreo, fertilización y riego. Se ha realizado un trabajo
intensivo solamente al inicio del proceso, continuando luego con
un mínimo
de laboreo y riego por lluvias. Se han utilizado distintos tipos
de fertilizantes, empleando en unos casos fertilización química
y en otros, estiércol.
En todas las experiencias de biorremediación realizadas se han
utilizado cultivos microbianos desarrollados a partir de especies autóctonas.
Dichos cultivos contienen dos o más especies microbianas que actúan
en simbiosis.
Los resultados obtenidos hasta el presente nos permiten realizar un
análisis
orientador sobre las reales posibilidades de aplicación de
este tipo de técnicas en esta región y responder algunos
interrogantes sobre el tema. En todos los casos se ha observado un
desarrollo favorable
del proceso.
Es importante destacar que en todos los casos al indicar concentración
de hidrocarburos totales en suelo, se hace referencia al contenido de
hidrocarburos extraídos con tolueno en extractor Soxhlet según
norma ASTM D-473 (ASTMA, 1980). A pesar de que esta técnica esta
indicada para residuos petroleros en general, en el caso de residuos
de hidrocarburos intemperizados (aquellos que han permanecido sin tratamiento
durante años), es observable un error por defecto que en algunos
casos pueden llegar al 50%.
Con la finalidad de poder interpretar claramente los textos subsiguientes,
se indican a continuación las palabras y su significado.
Biodegradación: proceso natural por el cual microorganismos consumen
hidrocarburos y producen dióxido de carbono, agua, biomasa
y subproductos parcialmente oxidados.
Biorremediación: proceso de aceleración de la tasa de degradación
natural de hidrocarburos por adición de fertilizantes para provisión
de nitrógeno y fósforo.
Tratamiento in-situ: tratamiento
que se realiza en el lugar donde ocurrió la
contaminación, con el debido acondicionamiento de la zona.
Tratamiento ex-situ: tratamiento se realiza fuera del lugar donde
ocurrió la
contaminación.
Parcela: espacio físico destinado para el proceso degradativo.
Landfarming: técnica de tratamiento ex-situ, consistente en extender
el contaminante en una superficie debidamente acondicionada y en la cual
suministran nutrientes y se dan condiciones de aireación y
humedad apropiadas.
Tasa de degradación: cantidad de material contaminante degradado
por unidad de superficie y de tiempo.
Inoculación: práctica de agregado de cultivos microbianos
activos.
Desarrollo
Acondicionamiento del área. Se preparó una zona destinada
específicamente a tratamientos ex-situ (landfarming), donde se
ubicaron tres parcelas, una de ellas subdividida en tres partes, distribuidas
según el esquema de la figura 1.
Al iniciar el
tratamiento se removió la superficie con arado hasta una profundidad de aproximadamente
25 cm, se agregaron fertilizantes químicos y/o orgánicos
según correspondía, se inoculó con el cultivo microbiano
y se procedió a arar nuevamente.
FIGURA 1. Esquema del área
de tratamiento.
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Seguimientos del proceso
Parcela 1. La concentración de Hidrocarburos Totales en
esta parcela al comienzo del proceso fue de 6%. La parcela se laboreó cada
2 meses, y se agregaron nutrientes al comienzo, al mes y luego
cada 5 meses. Fue necesario hacer sólo un agregado de nitrógeno
después de la preparación inicial del suelo debido
a que la cantidad del mismo existentes en el suelo superó la
necesaria según la relación C:N estipulada.
Tiempo (meses)
GRAFICO 1. Evolución de la concentración de hidrocarburos en la
Parcela 1 |
Sólo
se adicionó una
pequeña cantidad de fósforo para alcanzar la
relación
C:P prefijada. Según se observa en el gráfico
1, se obtiene una reducción en la concentración
de hidrocarburo en suelo del orden del 44% en un período de
5,5 meses (desde 66,8 g/kg a 37,2
g/kg). Se observó una disminución inicial del
orden del 15% en los primeros 10 días, después
de incorporar el hidrocarburo al suelo. Esta disminución
se atribuye a la evaporación
de las fracciones más livianas. Además se observó el
crecimiento espontáneo de vegetales autóctonos
(jarilla) en la parcela a fines del tercer mes. En este punto
la concentración
de hidrocarburo era inferior al 5%. Estos vegetales continuaron
su evolución
espontánea hasta la fecha.
Parcela 2a. El contenido de Hidrocarburos Totales en esta parcela
al iniciar el tratamiento fue del 10%. Se inoculó con un cultivo
de microorganismos autóctonos de la zona de La Ventana, adaptando
previamente en el laboratorio. La densidad de cultivo fue de 1.5 e+ 10
U.F.C./ml. La parcela se laboreó cada 2 meses, y se agregaron
nutrientes al comienzo, al mes y luego cada 5 meses. Según se
observa en el gráfico 2, se logró una reducción
en la concentración de Hidrocarburos Totales en suelo del orden
del 47%, pasando la concentración de 103,5 g/kg a 55,2 g/kg. Se
observó una disminución inicial del orden del 19% en los
primeros 38 días, después de incorporar el hidrocarburo
al suelo. Esta disminución se debería a la evaporación
de los hidrocarburos al suelo. Esta disminución se debería
a la evaporación de los hidrocarburos livianos. No se observó crecimiento
espontáneo de vegetales autóctonos en la parcela.
 GRAFICO 2. Evolución de la concentración de hidrocarburos en la
Parcela 2A |
Parcela 2b. El
contenido de Hidrocarburos Totales al iniciar el tratamiento fue de 10%.
En este ensayo piloto se analizó el efecto del agregado
de estiércol de cabra. La inoculación de
la parcela se hizo con un cultivo autóctono proveniente
de La Ventana. La concentración
del cultivo de 1.5 e+ 10 U.F.C./ml. La parcela se laboreó cada
2 meses, y se agregaron nutrientes al comienzo, al mes
y luego cada 5 meses.
GRAFICO 3. Evolución de la concentración de hidrocarburos en la
Parcela 2B |
Como se observa en el gráfico
3 se logró una reducción
en la concentración de Hidrocarburos Totales en
suelo del orden del 51,7%, pasando la concentración
de 103,5 g/kg a 50 g/kg. Se observa una disminución
inicial del orden del 19% en los primeros 38 días,
después de incorporar el hidrocarburo al suelo.
Además se observa el crecimiento espontáneo
de vegetales autóctonos (algarrobos), a partir del
tercer mes. Estos vegetales han continuado desarrollándose
hasta la fecha.
Parcela 3. En esta parcela se trataron fondos de
tanque. Se analizó el
comportamiento de un cultivo microbiano mixto de bacterias y hongos con
capacidad de ataque a residuos en muy alta concentración (aproximadamente
30%). Se inoculó con un cultivo cuya concentración fue
de 6.0 e+12 U.F.C./ml. El hecho observado más destacable es la
formación de colonias en la parte inferior de
los trozos de hidrocarburo, directamente sobre el mismo.
La
posibilidad
de atacar
residuos con alto
contenido de hidrocarburos reviste gran importancia por
lo cual se estudia particularmente este caso.
Análisis comparativo de resultados
De los diversos ensayos realizados emergen algunos análisis comparativos
que a continuación se discuten. La comparación se realiza
considerando los meses donde las condiciones climáticas fueron
más adecuadas para el proceso degradativo (Noviembre
a Abril).
GRAFICO 4. Influencia de la concentración inicial de hidrocarburos
en la biodegradación. |
Efecto de la concentración inicial del contaminante.
Comparando concentraciones iniciales de Hidrocarburos
Totales en dos rangos diferentes
(6 y 10 %, respectivamente) la degradación porcentual en los diversos
casos imperantes y realizando un mínimo de labores se observa
un importante fenómeno degradativo-evaporativo. A bajas concentraciones
se obtuvo una degradación del 44% y a altas concentraciones, 55%.
La tasa de degradación equivale a 21.6 ton/(ha.mes) y 42 ton/(ha.mes)
respectivamente. Los suelos con concentraciones iniciales del orden del
10% (p/p) son susceptibles de ser biodegradados bajo las condiciones
edáficas y climáticas de la región. Sería
posible usar concentraciones de hidrocarburos iniciales
mayores.
GRAFICO 5. Influencia del inóculo en la biodegradación. |
Efecto del tipo de cultivo inoculado. Para el análisis
se utilizan dos cultivos microbianos: B† 045 y BP 047,
denominación interna
del Laboratorio, de cultivos desarrollados a partir
de especies microbianas de la región. El cultivo
BP047 se formuló en base a cepas
obtenidas en la zona de La Ventana. El otro proviene
de cepas de otra zona de la región. El cultivo
BP 047 se utilizó sobre una
parcela con una concentración de hidrocarburos
de partida mayor en un 40-45% que el cultivo BP 045.
Según el gráfico 5
se observó mayor eficiencia en la degradación
cuando se usó el cultivo autóctono de
La Ventana BP047. En el primer caso se logró un
degradación de 35.3 ton/(ha.mes) frente
a 21.6 ton/(ha.mes). Además se observó la
ausencia de una fase de latencia en el cultivo BP047.
 GRAFICO 6. Influencia del tipo de fertilizante en la biodegradación. |
Efecto del tipo de fertilización. En este
caso se comparó el
efecto del agregado de fertilizante químico únicamente
y de fertilizante químico más orgánico
para el mismo cultivo (BP 047), bajo las mismas condiciones
ambientales y de laboreo.
Se analizan los resultados de la parcela 2a donde se
agregó fertilizante
químico (sulfato de amonio y 18-46-00) y parcela
2b donde se incorporó el
mismo fertilizante químico y estiércol
de cabra. Según
se observa en el gráfico 6, el agregado de fertilizante
orgánico
(estiércol) favorece levemente el proceso degradativo
y notablemente el desarrollo de diversas especies vegetales
lo cual reviste gran importancia
dado el efecto depurativo que ejercen los mismos en
las etapas finales de la remediación.
Tratamiento de un derrame in-situ
Este ensayo se implementó para
degradar un derrame in
situ. El
suelo afectado desplazado hasta un área sin
vegetación
contigua al pozo para ser mezclado con tierra y disminuir
su concentración
a aproximamente 30% en Hidrocarburos Totales. El
valor de concentración
inicial no es preciso debido a las características
del experimento, ya que a las concentraciones indicadas
no resulta factible un mezclado
homogéneo.
El tratamiento se realizó en
un área
de aproximadamente de 50 m2 el cual se removió con
arado. Dada la alta concentración de hidrocarburo
en la parcela se utilizó el
cultivo BP022, denominación interna del Laboratorio,
apto para degradación de suelos altamente
contaminados. Una vez preparada la parcela para degradación
de suelos altamente contaminados, fue inoculada con
un cultivo de densidad 2.0 e+10 U.F.C./ml. Realizada
la inoculación,
se removió nuevamente
la tierra dado que la distribución del contaminante
no había
sido uniforme. Por último, se cubrió con
una lámina
de PVC la mitad del área.
No se removió la
tierra durante el transcurso del verano y los riegos
se limitaron a aprovechar las precipitaciones
pluviales de la zona. Durante el transcurso del verano
se observó la
aparición de colonias en la parte inferior
de los trozos de hidrocarburo tanto en la zona cubierta
como en la porción descubierta. Se observó un
notable fenómeno degradativo, con intensa
actividad microbiana. Este experimento reviste particular
importancia, pues con el se intenta
demostrar que es posible atacar hidrocarburos en
muy altas concentraciones en procedimientos de campo.
Este aspecto de la biodegradación
de hidrocarburos en suelo esta aún en estudio.
Conclusiones
•
El trabajo realizado marca un punto de partida para responder sobre bases
experimentales algunos de los interrogantes que plantea el uso de técnicas
de degradación en suelo en zonas semidesérticas.
•
Las técnicas de biodegradación constituyen una solución
compatible con la evolución que tiene la legislación
en la Provincia de Mendoza.
•
En Argentina en general, y en la región estudiada en particular,
se dispone de grandes áreas que pueden ser destinadas
a tratamiento de residuos de hidrocarburos.
•
Es una técnica ecológicamente aceptable ya que se basa
en la estimulación de microorganismos naturales, no modificados
genéticamente, que no representan ningún
riesgo para el entorno.
•
A pesar de las grandes diferencias de temperatura registradas en Mendoza,
donde en el suelo contaminado con hidrocarburos la temperatura llega
a 70 †C en verano ó -2†C en invierno, el proceso degradativo ha
evolucionado favorablemente en todos los casos, aunque más
lentamente en el periodo invernal.
•
Dado que los suelos son básicamente alcalinos, no ha sido necesario
corregir pH. Además no se han encontrado factores de inhibición
al desarrollo de microorganismos.
Bibliografía
• A.S.T.M., Annual Book of A.S.T.M. Standars. Part 23, pag 271-273 (1980).
•
Arendt, F., y otros tres editores, Contaminated Soil ´93, Volume
I-II. Kluwer Academic Publishers, The Netherlands
(1993).
• Carretero, E.H., Dalmasso, A.D. (Editores), Mendoza Ambiental, Inca Editorial,
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• Dibble, J.T., R. Bartha, Effect of Environmental Parameters on the Biodegradation
of Oil Sludge. Applied and Environmental Microbiology,
p. 729-739 (1979).
•
Ercoli, E. Y otros, Tratamiento Biológico ex-situ de residuos
semisólidos de oleoductos. 1† Encuentro
Latiamericano para la Calidad en la Industria Petrolera:
311-318 (1995).
•
Ercoli E. y otros, Tratamiento Biológico de Lodos de Refinería.
2† Simposio de Producción de Hidrocarburos:
497-506 (1995).
• U.S. Congress, Office of Technology Assessment, Bioremediation for Marine
Oil Spills, Background Paper, OTA-BP-O-70, Washington,
DC: U.S. Goverment Printing Office, (1991).
© Copyright IAPG.
Libro Terceras Jornadas de Preservación
de Agua, Aire y Suelo en la Industria del Petróleo y del Gas.
Tomo I. Instituto Argentino del Petróleo y del Gas.
(*) 1 ASTRA CAPSA, 2 Laboratorio de
Bioprocesos, Facultad de Ingeniería, UNCuyo
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