remediación de suelos contaminados en el estado de veracruz

X CONGRESO CUBANO DE GEOLOGÍA (GEOLOGIA´2013)
Geología Ambiental
GEO6-O1
REMEDIACIÓN DE SUELOS CONTAMINADOS EN EL ESTADO DE
VERACRUZ, MÉXICO
Alma Patricia Sámano Tirado1, Estrella Sámano Tirado2
1. Universidad de Sonora, Blvd. Transversal y Rosales S/N, Hermosillo, Sonora, México, Email:[email protected]
2. Energía y Ecología de México S.A. de C.V. Rio Rojo 104, Cuernavaca, Morelos, México, Email:[email protected]
RESUMEN
En el estado de Veracruz, por sus importantes recursos petroleros, se presentan gran cantidad de afectaciones
de sitios por derrame de hidrocarburos que afectan suelos y/o cuerpos de agua, muchos de estos derrames son
ocasionados ya sea por causa accidental, ó por malas prácticas de operación, como es el robo en tomas
clandestinas, como es este caso. El área se localiza al Sur del estado de Veracruz a los 18º48´ de Latitud Norte
y 96º04´ de Longitud Oeste, con una elevación de 25 msnm, su superficie es de 974.71 km2 y representa el
1.29% de la superficie del estado. La infiltración de los hidrocarburos líquidos, al suelo y subsuelo, así como su
distribución en las diferentes litologías y su movimiento, dependen de las características específicas donde
ocurre el derrame, como son: Topografía del sitio, geología, la presencia del nivel freático, el tipo de
contaminante y Climatología. Los hidrocarburos por su baja densidad tienden a flotar en el agua, por lo que
cuando se encuentran en fase libre, su movimiento depende del movimiento del agua. La interacción de los
hidrocarburos con el material de suelo ó roca es importante, mientras mayor sea el contenido de materia
orgánica y arcillas y mayor sea el tiempo de contacto, favorece la impregnación del material en su estructura
química y en espacios vacíos (adsorción), esto concentra el contaminante en áreas de este tipo. Para entender
este comportamiento, se requieren varios análisis, los cuales deben aportar información relacionada al tipo de
combustible, la localización de la fuente, el tiempo que ha transcurrido desde el derrame, la presencia de
sustancias potencialmente peligrosas, así como su efecto en el ambiente. En el área se perforaron 107.32m,
con la información obtenida, se definió la litología del área y las muestras representativas para análisis físicoquímico y microbiológico de los diferentes tipos litológicos involucrados. El área más afectada es una arenisca
intemperizada con una impregnación por hidrocarburos de un 95%. El nivel freático es profundo entre 15 y 18m
este no fue alcanzado por la contaminación, para la litología se hizo un levantamiento con radar geológico, para
detectar la existencia de rocas con presencia de hidrocarburos, esta alcanza una profundidad de hasta 6m. Las
características del suelo y subsuelo donde se encuentra la pluma de contaminación con valores arriba de la
norma, son las de un suelo arenoso con ligero contenido de arcillas cuya permeabilidad disminuye rápidamente
a profundidad al desaparecer el intemperismo. Sobre este material arenoso, tenemos una capa de suelo
orgánico limo-arcilloso con muy baja permeabilidad, La técnica de saneamiento utilizada fue biorremediación
natural “OnSite” o “LandFarming”, ya que el clima cálido y las abundantes lluvias características de la zona, son
factores que favorecen la utilización de este método.
ABSTRACT
Due to its important oil resources there are several sites affected due to hydrocarbon spills that affect the soil
and water supplies in the state of Veracruz, lots of these spills are caused by accidents or malpractice in
operations, such as stealing from illegal connections, as is the case here. The area is located at the southern
area of the state of Veracruz at 18º48´ latitude north and 96º04´ longitude west, with an elevation of 25 meters
above sea water, its surface is of 974.71 km2 and represents 1.29% of the state’s surface. The infiltration of
hydrocarbon liquids to the soil and subsoil as its distribution in the different lithologies and its movements,
depend on the specific characteristics where the spill occurred, as are the site topography, geology, the
presence of the watertable level, the type of contaminant and climatology. The hydrocarbons due to their low
density tend to float on water, so when it is found in its free phase, its movement depends on the water’s
movement. The interaction of hydrocarbons with the material from soil or rock is important, when there is a
mayor quantity of organic material and clays there will be more time of contact, it favors the impregnation of
material in its chemical structure and its empty spaces (absorption), this concentrates the contaminants in areas
of this type. To understand this behavior, several analyses are required; these must bring information related to
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the type of combustible, the location of the source, the time that has passed since the spill, the presence of
potentially dangerous substances, as well as its effect on the environment. There was a perforation of 107.32 m
of the area, with the information obtained, the lithography of the area and the representative samples for
physical-chemical and microbiological analyses of the different types of lithologies involved were defined. The
most affected area is weatherd arsenic with an impregnation by hydrocarbons of 95%. The watertable level is
deep within 15 to 18 m this was not reached by the contamination, there was a rising done with a geological
radar for the lithography, this radar reaches a depth of up to 6m. The characteristics of the soil and subsoil
where contamination was found to be above the norm, were those of a sandy soil with slight content of clay
where the permeability lessens quickly at depths as the weathering disappears. Over this sandy material, we
have a layer of organic silty-claysoil with a very low permeability. The technique of sanitation utilized was “On
Site” or “Land Farming” natural bioremediation, as the warm climate and the abundance of rain characteristics of
this zone, are factors that favor the use of this method.
INTRODUCCIÓN
Tomando como base la caracterización del sitio, se realizó la evaluación de los diferentes parámetros
que conforman el estudio, llegando a la siguiente conclusión. En el área caracterizada, los
hidrocarburos localizados en el subsuelo, se encuentren relativamente someros a 5 m de profundidad
promedio y se definió perfectamente la pluma de contaminación con valores arriba de norma, que en
superficie abarca 433 m2, un volumen de 1,816.80 m3 y un contenido de TPH´s de 9,338.61 mg/kg. El
derrame de hidrocarburos lo constituyó una mezcla de gasolina Magna y Diesel, en proporción
estimada 90% gasolina y 10% diésel.En los análisis realizados por TPH´s base diesel y PAH´s (17
análisis), no se detectó ningún valor que rebase la norma. En el caso de los análisis realizados por
TPH´s base gasolina y BTEX (25 análisis); 8 muestras rebasaron la norma en TPH´s, 3 rebasaron la
norma de Benceno, 3 Etilbenceno, 5 mp-Xileno, 3 o-Xileno y 3 Tolueno (Kostecki P., 1999).Los
resultados de laboratorio, indican una muy baja actividad bacteriana (menor de 30 mg CO2/kg
suelo/d) y en especial ausencia de actinomicetos y muy bajo conteo de hongos, esto implica que de
manera natural la población bacteriana no se podrá recuperar, por lo que el proceso de
biodegradación del hidrocarburo presente en el suelo sería extremadamente lento y con la
biorremediación (LandFarming) y mediante adición de nutrientes, bioaumentadores y riego, se llevó a
cabo la degradación biológica controlada de los contaminantes presentes.
METODO UTILIZADO
La técnica utilizada fue biorremediación, la cual consiste en la estimulación controlada de la actividad
de los microorganismos nativos del suelo del área afectada (microbiota sobreviviente), mediante la
adición de nutrientes, principalmente nitrógeno, fósforo y potasio, a partir de estiércol de bovino (o
gallinaza), un bioaumentador, fertilizantes y riego, con el objeto de llevar a cabo la degradación
biológica controlada de los contaminantes orgánicos presentes (CEBAS-CSIC 2007). Las pruebas de
laboratorio indicaron que al incorporar estiércol de bovino al suelo (ver Tabla I), la población de
bacterias heterotróficas aumentaban ligeramente al igual que su capacidad para biodegradar los
hidrocarburos.
Tabla I. Actividad microbiana en las muestras M-1, M-2 y M-2 con estiércol.
Grupo microbiano
(ufc g-1 suelo seco)
BACTERIAS (x106)
HONGOS (x103)
ACTINOMICETOS (x104)
HIDROCARBUROCLASTAS (x104)
Actividad microbiana (mg CO2/kg suelo/d)
Muestra M-1
Muestra M-2
1.12
17.25
1.34
2.65
20.17
2.96
7.73
0.00
18.92
29.00
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Muestra M-2 con
2% de estiércol
14.35
7.93
0.00
14.25
164.27
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A causa del tipo de suelo arenoso dominante y al bajo contenido de UFC presente, fue necesario
añadir unbioaumentador. Este tipo de tecnología es ideal para áreas contaminadas poco profundas,
como es el área de estudio. El volumen de suelo contaminado con valores arriba de norma es de
1,816.80 m3 con 9,338.61 mg/kg TPH´s, 83.45 mg/kg de benceno, 163.76 mg/kg de Etilbenceno,
669.41 de p-Xileno, 280.32 de o-Xileno y 433.82 de Tolueno (ver Tabla II); este volumen fue
excavado y colocado en bioceldas adecuadamente construidas para su tratamiento onsite. El
volumen de suelo contaminado con valores arriba de norma (NOM), se excavo de forma manual en la
zona cercana a ductos y con maquinaria el resto del área (Figuras 1).
Tabla II. Valores de contaminación, los que superan la norma se muestran en amarillo.
Tipo de
Suelo
NOM-EM-138ECOL-2003
Arenoso
TPH
(ppm)
gasolina
200
TPH (ppm)
diesel
Benceno
(ppm)
Etilbenceno
(ppm)
p-Xileno
(ppm)
o-Xileno
(ppm)
Tolueno
(ppm)
1,000
20
20
40
40
40
9,338.61
178.71
83.45
163.76
669.41
280.32
433.82
El tiempo que se requiere enun modelo de pluma de contaminación para que las concentraciones de
BTEX se degraden a la mitad es:Benceno 0.02-2.0 años,Etilbenceno 0.016-0.62 años, Tolueno 0.020.17 años, Xileno 0.038-1.0 años, en el área de estudiodebido a que el nivel freático se encuentra
muy por debajo de la pluma de contaminación, la disminución se debe a la biodegradación, la cual es
lentapor tratarse de un suelo arenoso muy pobre en contenido de materia orgánica y UFC´s.
El material contaminado se colocó sobre una biocelda previamente construida,con una capa no
mayor a 1 metro de altura (Figura 2), a este, se le adiciono agua mediante riego, así como materia
orgánica (estiércol o gallinaza, Figura 3), bioaumentador, micronutrientes y fertilizante para mantener
las condiciones óptimas necesarias para la proliferación de la microbiota, para la biodegradación de
los hidrocarburos presentes (Figura 4).
Figura 1. Se observa la contaminación del suelo
por toma clandestina.
Figura 2. Material contaminado en la biocelda.
El material en la biocelda fue arado manualmente o con tractor (Figura 5) para mantener la aereación
en la capa superior de la biocelda (primeros 60 cm), que es donde se localiza la mayor parte de la
actividad de la microbiota y la mayor actividad de biodegradación, posteriormente la microbiota es
arrastrada a las partes más profundas mediante riego donde continua el proceso de biodegradación
de hidrocarburos. El sistema de tratamiento es totalmente cerrado, el agua de riego y lluvia y los
lixiviados se colectan en estanques de recuperación de lixiviados, situados en la parte
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topográficamente más baja de la biocelda, de donde se vuelven a integrar a la biocelda mediante
bombeo.El material de labiocelda fue muestreado semanalmente con equipos portátiles de medición
de TPH´s y CO2. Cabe indicar que este tratamiento tiene la ventaja de mejorar simultáneamente el
agua utilizada en riego.
Figura 3. Al suelo contaminado se le adicionó
gallinaza.
Figura 4. Aplicación de bagazo de caña, a las zonas
con material arcilloso, para mejorar la textura.
Figura 5. Arado con yunta para mantener la capa
superior aireada, con mezcla de aditivos para obtener
un buen desarrollo de la zona de bacterias y hongos
(microbiota).
RESULTADOS
El conjunto de los trabajos realizados en el Km 31+405 del poliducto de 8´´ø de Tierra Blanca –
Veracruz, incluyendo topografía, geología, geofísica, análisis de parámetros físico-químicos y
microbiológicos resulto lo siguiente: Se identificaron cinco unidades litológicas principales en el área
de estudio (ver Tabla III), esto en base a las descripciones y observaciones obtenidas de los barrenos
de exploración (62.57 m perforados) y de muestreo (44.75 m perforados), así como de las pequeñas
columnas litológicas en arroyos y afloramientos cercanos mapeadas en campo.
Tabla III. Unidades litológicas y la distribución de la impregnación.
Unidad Litológica
% de la Impregnación
Unidad 1. Suelo orgánico
Unidad 2.- Lentes de arcilla gris amarilla
Unidad 3.- Arenisca semiconsolidada
Unidad 4.- Arenisca gris decolorada sin consolidar
Unidad 5.- Arenisca consolidada
0
0
75
25
0
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Por las características de la pluma de contaminación, resulto la mejor opción hacer una
biorremediación “LandFarming”.
El nivel freático no fue alcanzado por la contaminación y ninguna muestra de agua presenta
parámetros con valores arriba de norma.
Se obtuvo la aprobación de las autoridades ambientales para “La remediación del suelo”
(saneamiento) mediante Biorremediación Controlada (Figuras 6 y 7).
Figura 6. Detalle de una planta de pepino,
recientemente comida por fauna local. El crecimiento
de estas plantas indica la presencia de un terreno
saneado.
Figura 7. Siembra de calabaza, pepino y chile en la
Biopila. El crecimiento sano de las mismas confirma
que el proceso de biorremediación ha sido correcto.
CONCLUSIONES
En el área caracterizada, los hidrocarburos localizados en el subsuelo, se encuentren relativamente
someros, a 5 m de profundidad promedio y se definió perfectamente la pluma de contaminación con
valores arriba de norma, que en superficie abarca 433 m2, un volumen de 1,816.80 m3 y un contenido
de TPH´sde 9,338.61 mg/kg.
El derrame de hidrocarburos lo constituyó una mezcla de gasolina Magna y Diesel, en proporción
estimada 90% gasolina y 10% diesel.
En los análisis realizados por TPH´s base diesel y PAH´s (17 análisis), no se detectó ningún valor que
rebase la norma.
La incorporación de estiércol permitió incrementar la población bacteriana (384%) y sumado al
incremento de la actividad microbiana (466%) indicó que se está favoreciendo la descomposición del
hidrocarburo por la población bacteriana nativa del suelo.
El nivel freático no fue alcanzado por los hidrocarburos,ninguna de las muestras de agua del sitio
presentan parámetros de compuestos orgánicos, físico-químicos y metales que rebasenlas normas.
Las aguas subterráneas no presentan contaminación y por lo tanto no requirieron saneamiento.
Las características del suelo y subsuelo donde se encuentra la pluma de contaminación con valores
arriba de la norma son las de un suelo arenoso con ligero contenido de arcillas cuya permeabilidad
disminuye rápidamente a profundidad al desaparecer el intemperismo, sobre este material arenoso,
tenemos una capa de suelo orgánico limo-arcilloso con muy baja permeabilidad.
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BIBLIOGRAFÍA
Cebas-csic, 2007. Landfarming: www.biorrehid.cebas.csic.es/ant_landfarming.html.
Kostecki P., ManafBehbehani, 1999. Assessment and Remediation of oil Contaminated Soils.
International Ltd., Publishers 5-11p.
New Age
NOM-Norma Oficial Mexicana de Emergencia NOM-EM-138-ECOL-2003.www.semarnat.gob.mx
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