rehabilitación por biorremediación de áreas destinadas a

REHABILITACIÓN POR BIORREMEDIACIÓN DE ÁREAS
DESTINADAS A LA DISPOSICIÓN DE AGUAS DE PRODUCCIÓN
PROVENIENTES DE LA ACTIVIDAD PETROLERA.
Pozzo Ardizzi M. G.*; Manacorda A.M.*; Altamirano G.*; Barbieri L.*; Sanchez
A.*; Cuadros D.*; Sanchez N.*; Diaz G.*.
Arias C.** ; Fredes M.** ; Molina M.**.
*Unidad Académica en Ciencias para la Salud. Universidad Nacional del
Comahue.
Buenos Aires 1400. (8300) Neuquén. Argentina.
fax: 099-490375. E-mail: [email protected]
** Empresa PEREZ COMPANC S.A.
RESUMEN
Una de las prácticas de disposición del agua de producción en yacimientos petrolíferos
ha sido el vertido de las mismas en terrenos bajos naturales, con subsuelos de baja
permeabilidad, que facilitaban su eliminación por infiltración-evaporación. Este método
se utilizó en el Yacimiento 25 de Mayo - Medanito S.E. hasta mediados de 1995. Este
yacimiento pertenece a la empresa Pérez Companc S.A. y esta localizado en la región
petrolera Catriel-25 de Mayo de las provincias de Río Negro y La Pampa. En la
actualidad, el agua de producción es totalmente inyectada en profundidad, práctica
considerada como la más adecuada e inocua en el marco de minimizar el compromiso
ambiental.
Por solicitud de la Empresa Pérez Companc, se elaboró un plan de trabajo cuyo
objetivo fue realizar en forma conjunta la rehabilitación de los suelos contaminados ,
localizados en un sector del yacimiento que ocupaba una superficie aproximada de 8
Has.
A tal efecto se formalizó un acuerdo de trabajo entre la Universidad del Comahue y la
Empresa petrolera y se realizaron las tareas que se reportan en esta comunicación.
Participan en este trabajo integrantes del Departamento de Estudios Ambientales y
Coordinación Ambiental, de la Empresa y los integrantes del grupo de investigación de
la Universidad.
Las áreas de disposición en superficie, utilizadas en épocas anteriores, se veían
afectadas por acumulación de sales y en sectores localizados se observaba disposición
superficial de hidrocarburos.
La remediación de las áreas comprometidas se logró adaptando técnicas de manejo
mecánico de los suelos afectados, de manera que resultaran practicas apropiadas para
incentivar la capacidad natural de autodepuración que poseen los suelos por la actividad
oxidativa enzimática de su microflora nativa, en ciertos sectores del predio se consideró
necesaria la bioaumentación para acelerar los procesos.
Se fijó como objetivo principal diagnosticar el grado de deterioro ambiental producido y
desarrollar una metodología para la rehabilitación de áreas afectadas por la disposición
de aguas de producción, en el marco de una tecnología ambientalmente sustentable.
• Como objetivos parciales se propusieron las siguientes acciones:
Caracterizar el estado inicial y grado de afectación de los ambientes.
Rehabilitar los suelos con un adecuado manejo mecánico.
Inocular con microorganismos hidrocarburolíticos nativos, los sitios de persistencia de
hidrocarburos.
Monitorear en forma temporal y espacial la evolución de los contaminantes durante el
tratamiento.
Propiciar el repoblamiento del suelo con vegetación autóctona o forestar.
Luego de un año de iniciados los estudios y tras 12 meses de tratamiento se ha logrado
biorremediar el sector (8 Ha) que inicialmente reportaba una concentración de
hidrocarburos promedio de 19,56% (con 54,59% en sitios de máxima acumulación). En
la actualidad esos suelos contienen valores próximos a 2% de hidrocarburos
remanentes (valores promedio en todo el predio).
La población microbiana inicial de los suelos fue 1,4 105 células/g de suelo seco,
incluyendo una población de organismos hidrocarburolíticos de 3,2 102 células/g suelo
seco. Transcurridos 10 meses de tratamiento estas poblaciones se incrementaron a 2,9
107 células/g de suelo seco y 3,5 104 células/g suelo seco respectivamente. (valores
promedio de 40 muestras superficiales extraídas en el predio).
La rehabilitación de suelos contaminados con petróleo, aplicando el tratamiento de
biorremediación por estimulación de la actividad hidrocarburolítica de los
microorganismos nativos, ha demostrado ser un método ecológicamente sustentable
que minimiza el compromiso ambiental que originan otros métodos de restauración.
Palabras
Claves:
contaminación*
Microorganismos Hidrocarburolíticos*
petróleo*
biorremediación*
INTRODUCCIÓN
La bibliografía científica y las revistas técnicas de divulgación reportan trabajos donde la
actividad microbiológica degradadora de petróleo, es el agente responsable de
biorremediación de las áreas contaminadas por derrames o volcado de efluentes ,
sean estas suelos, ríos o mares. Estudios pioneros en el tema son los comunicados
por C.B.Kincannon (1972), quien describió en detalle los resultados de una experiencia
realizada en suelos de la refinería de petróleo de la Compañía Shell localizada en Deer
Park, Texas. En esta, como en otras experiencias posteriores , se demostró que la
causa de la "desaparición" del petróleo se debía a un proceso biológico oxidativo y
asimilatorio realizado por los microorganismos con actividad hidrocarburolitica (Cook y
Westlake, 1973 : Parkinson, 1974).
Un biotratamiento sustentable de los suelos contaminados, constituye una tecnología
que básicamente incorpora el residuo sólido al suelo y mediante un manejo agronómico
del mismo activa la biodegradación con la microflora nativa del suelo, permitiendo, en
plazos determinados, la recuperación del suelo utilizado. Este proceso como la mayoría
de los ciclos biogeoquímicos, es lento, sin embargo esta técnica puede ser
substancialmente mejorada con el adecuado manejo de los suelos a los que se les
agregan inóculos bacterianos, que contienen microorganismos hidrocarburolíticos,
capaces de activar la velocidad de descomposición de los residuos incorporados
acelerando el proceso de rehabilitación de los suelos involucrados.
La caracterización de los productos liberados durante el tratamiento debe realizarse
mediante un seguimiento temporal y espacial químico-analítico de los productos
residuales que la biodegradación va liberando en las diferentes etapas secuenciales del
proceso, acompasando de una evaluación de la dinámica poblacional de las
poblaciones microbianas involucradas.
METODOLOGÍA Y DETALLE DE ACTIVIDADES
1.1 RELEVAMIENTO SOMERO PRETRATAMIENTO DEL SITIO DE TRABAJO
Se realizó una caracterización edafológica somera del terreno, con fines de diagnóstico
respecto al grado de contaminación ocurrido en el suelo, determinando analíticamente
concentración de hidrocarburos presentes en el perfil y distribución en el área afectada,
características texturales , estabilidad estructural, velocidad de percolación, capacidad
de retención de agua, pH, conductividad, humedad, presencia de metales alcalinos y
metales pesados.
Operativamente se tomaron muestras para caracterización preliminar de suelos (capa
arable) y en sectores predeterminados se procedió a la toma de muestras en calicatas
para analizar el grado de contaminación en el perfil del suelo.
Paralelamente se realizaron determinaciones microbiológicas para evaluar
numéricamente las poblaciones de microorganismos heterótrofos totales y
microorganismos con actividad hidrocarburolítica.
Las aguas subterráneas ( acuífero freático) se analizaron a partir de muestras extraídas
de freatímetros existentes vecinos a los suelos en tratamiento.
1.2 PLAN DE MANEJO Y TRATAMIENTO DE LOS SUELOS
Con los resultados de esta caracterización se diseñó un plan de manejo del suelo para
su recuperación. A priori y por las observaciones y resultados preliminares, se
detectaron cuatro sectores que presentaban grados relativamente homogéneos de
contaminación, con algunos sitios de concentración del contaminante. En base a esta
caracterización preliminar se estimó que el tratamiento de recuperación podría
realizarse incentivando el crecimiento, desarrollo y multiplicación de las poblaciones
microbianas autóctonas responsables de la capacidad de autodepuración natural del
suelo. Se plantearon estrategias de manejo del suelo, para cada sector, que
asegurasen aireación y humedad suficientes para estimular la actividad oxidativa
enzimática de la microflora autóctona de esos suelos.
Una vez determinadas las prácticas y el manejo del suelo, el personal de la Universidad
realizó la supervisión del trabajo y el monitoreo analítico para seguir la evolución del
sistema. La empresa realizó las tareas de campo y mecanización con maquinaria
contratada , de acuerdo al plan de trabajo diseñado.
1.3 PLAN DE MONITOREO Y EVALUACIÓN DEL TRATAMIENTO
Se estimó que el monitoreo debería realizarse bimensualmente y comprendería la toma
de muestras de suelo en la capa arable y semestralmente en aguas subterráneas y en
suelos en profundidad, para seguir la evolución de los contaminantes en el perfil.
Se realizaron las siguientes determinaciones fisicoquímicos y bacteriológicas:
Contenido de hidrocarburos (%) (extracción por Soxhlet)
pH y Conductividad eléctrica (potenciometría)
Humedad (%) (gravimetría)
Metales alcalinos (espectrofotometría de Absorción atómica)
Metales Pesados (espectrofotometría de Absorción atómica)
Microflora heterótrofa total (recuento por NMP)
Microflora hidrocarburolítica (recuento por NMP).
1.4 RESTAURACIÓN DE LA COBERTURA VEGETAL AUTÓCTONA
Una vez concluida la tarea de rehabilitación de los suelos, será necesario restaurar la
cobertura vegetal autóctona de los suelos afectados para evitar el posible deterioro
posterior por erosión hídrica y eólica. para ello se ha previsto la participación de el grupo
de docentes de la Cátedra de Botánica, que está desarrollando técnicas de
multiplicación in vitro de especies arbustivas nativas.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Se realizó un relevamiento somero del terreno a biorremediar cuya superficie total es de
8 Has. Sobre un total de doce puntos de muestreo superficial (0 a 15 cm), se detectó
un contenido de Hidrocarburos promedio de 19,56% ( con 54,59% en sitios de máxima
acumulación).
En base a los resultados de las observaciones in situ y a los datos analíticos obtenidos
se realizó una sectorización del predio como se muestra en el plano siguiente :
Sitios de muestreo
Estos sitios se prefijaron para seguir la evolución del tratamiento de biorremediación en
el tiempo. Los resultados obtenidos se presentan a continuación :
Dinámica del contenido de Hidrocarburos y Humedad del suelo en el
horizonte superficial durante el tratamiento de biorremediación
Yacimiento "MEDANITO" Sitio 1
% Hidrocarburos
(g/100 suelo seco)
14
Inicio del biotratamiento
15
12
10
8
10
6
4
5
% Humedad
(g/100 suelo seco)
16
20
2
0
2/10/96
4/11/96
19/02/97
2/05/97
6/06/97
11/07/97
fechas de muestreo
5/09/97
20/11/97
0
13/03/98
% Hidrocarburos
% Humedad
El sitio 1 es representativo de los suelos de la zona verde (ver plano). En el diagnóstico
pretratamiento se observó en él, un suelo con estructura heterogénea en los primeros 8
cm, presentando agregados compactados y duros (terrones) de diámetros variables
(entre 2 y 10 cm). En la capa subsuperficial el suelo presenta textura moderadamente
suelta, sin agregados. En ambas capas aparecía petróleo mezclado con suelo, en
forma de moteado. La textura predominante en este sector es franco arcillo arenosa. La
concentración inicial de hidrocarburos fue de 5,8 % (con máximos de 13,50%) y con un
contenido de humedad promedio de 3,2 %. Por las características descriptas, este
suelo fue considerado de mediana a rápida recuperación con biotratamiento.
Antes de iniciar el movimiento de suelos se realizaron otros dos muestreos en el sitio,
los contenidos de hidrocarburos se mantuvieron constantes y la humedad presentó la
variabilidad estacional esperada, según se observa en el gráfico anterior.
El tratamiento mecánico de los suelos para el sector verde consistió en una primer
etapa donde se realizó una pasada de arado de rejas (a 90º) y luego una pasada de
rastra de disco en igual sentido para finalizar con dos pasadas de arado de reja en
sentido cruzado; la acción mecánica continuó en los meses sucesivos trabajando el
suelo, primero con rastra de disco y seguidamente con arado de disco (2 pasadas
cruzadas en superficie), con una frecuencia aproximadamente mensual.
El primer muestreo realizado 5 días después del primer tratamiento mecánico indicó
que el contenido de hidrocarburos disminuyó a 3,5 % (valor promedio). Es evidente el
efecto de la homogeinización producida por acción mecánica, pues se observa una
efectiva acción de ruptura y disgregación de los terrones y del moteado de petróleo. Los
resultados obtenidos en el siguiente muestreo (45 días después de iniciado el
tratamiento y luego de la segunda acción mecánica) indicaron una concentración
residual de hidrocarburos del 0,2 %. Este resultado fue interpretado con cautela, hasta
su confirmación con los muestreos realizados en meses posteriores, donde se
verificaron contenidos de Hidrocarburos estables de 0,40% (valor promedio de las
últimas tres determinaciones). Las condiciones ambientales (precipitaciones y
temperaturas moderadas) sumadas a la efectiva acción desagregante y
homogeinizadora del tratamiento mecánico y al crecimiento exponencial observado en
la población microbiana hidrocarburolítica detectada en este sitio, permiten inferir que el
tratamiento ha estimulado la multiplicación de los microorganismos con actividad
biodegradadora.
Dinámica de las poblaciones microbianas vs
conentración de Hidrocarburos
Sitio 1
10000000
1000000
100000
10000
1000
100
10
1
1
% Hidrocarburos
2
3
Heterótrofas totales
4
5
Hidrocarburolíticas
La reducción operada en la concentración de hidrocarburos, correspondió al orden del
90%, efecto que estimamos debe responder a la acción mecánica complementada por
la actividad biológica intensamente estimulada por la aireación y humedad del suelo.
Esto se confirma cuando se analizan comparativamente los parámetros fisicoquìmicos
y microbiológicos en los estudios de monitoreo .
Dinámica del contenido de Hidrocarburos y Humedad del suelo en el
horizonte superficial durante el tratamiento de biorremediación
Yacimiento "MEDANITO" Sitio 2
Inicio del biotratamiento
14
12
15
10
8
10
6
4
5
% Humedad
(g/100 suelo seco)
% Hidrocarburos
(g/100 suelo seco)
16
20
2
0
2/10/96
4/11/96
19/02/97
2/05/97
6/06/97
11/07/97
5/09/97
20/11/97
fechas de muestreo
0
13/03/98
% Hidrocarburos
% Humedad
El sitio 2 ubicado en la zona amarilla (ver plano). Los resultados analíticos obtenidos en
el primer muestreo confirmaron las observaciones realizadas en campo. En la capa
superficial (0 a 10cm), se observó una costra de barros empetrolados de 3 a 5 cm de
espesor y por debajo de ella una capa de suelo compactado. Luego de procesar las
muestras (previa homogeinización) se detectó una concentración de hidrocarburos
promedio de 19,95% (con máximos de 28,70%), que se mantuvo dentro de esos valores
hasta el inicio del tratamiento mecánico, como puede observarse en el gráfico anterior.
Este sector mereció un tratamiento inicial diferencial del resto de la parcela, pues se
había detectado un piso de compactación a 40-50 cm de profundidad; Se utilizó arado
con cincel para “levantar” la capa compactada. Aparecieron en superficie bloques de 20
a 30 cm de diámetro; para reducir su tamaño y disgregarlos, se trabajó con subsolador
y luego arado de reja pasado en forma cruzada, posteriormente arado con disco. En las
acciones mecánicas siguientes, se trabajó primero con arado de reja y luego con arado
de disco.
La textura del suelo en este sitio es arcillosa a arcilloso franco en los primeros 40 cm
del perfil.
La concentración de hidrocarburos, por efecto del manejo mecánico realizado, se redujo
a un valor de 13,9 % y transcurridos 45 días de iniciado el tratamiento, el contenido de
hidrocarburos registrado fue 10,4 %.
Dinámica de las poblaciones microbianas vs
concentración de Hidrocarburos
Sitio 2
10000000
1000000
100000
10000
1000
100
10
1
1
% Hidrocarburos
2
3
Heterótrofas totales
4
5
Hidrocarburolíticas
La disminución observada en el contenido de hidrocarburos en la primer etapa del
tratamiento, puede atribuirse principalmente al efecto de dilución logrado por la acción
mecánica realizada en profundidad, que “levantó” más suelo que en otros sitios,
mezclando un volumen mayor de suelo con el petróleo acumulado en superficie.
La acción microbiana en este sector no se manifiesta en las primeras etapas del
tratamiento, debido a que la fuerte compactación del suelo ha impedido la difusión de
oxígeno limitando la acción oxidativa de los microorganismos hidrocarburolíticos,
actividad que se logró estimular a partir de la ruptura del suelo compactado y su
disgregación y homogeinización, tal como se verifica con los estudios microbiológicos.
Claramente se ha observado un marcado incremento y proliferación de microorganismos
biodegradadores de petróleo y una consecuente disminución en el contenido de
hidrocarburos en el suelo.
Dinámica del contenido de Hidrocarburos y Humedad del suelo en el el
horizonte superficial durante el tratamiento de biorremediación
Yacimiento "MEDANITO" Sitio 3
14
12
15
10
Inicio del biotratamiento
8
10
6
4
5
% Humedad
(g/100g de suelo
seco)
% Hidrocarburos
(g/100g de suelo
seco)
16
20
2
0
2/10/96
4/11/96
19/02/97
2/05/97
6/06/97
11/07/97
fechas de muestreo
5/09/97
20/11/97
0
13/03/98
% Hidrocarburos
% Humedad
Sitio 3. Este sitio pertenece al sector azul (ver plano). En las primeras observaciones
realizadas aparecían en superficie terrones con barros empetrolados mezclados con
suelo arcilloso, muy compactos, de diámetros heterogéneos; por debajo y hasta los 15
cm de profundidad se encontró suelo suelto mezclado con terrones sin observarse
petróleo entre ellos. La concentración de hidrocarburos registrada en los muestreos
pretratamiento (4,55% promedio, con máximos de 6,90%), reflejaron la distribución
heterogénea del petróleo en el sitio.
El tratamiento mecánico realizado en el sector consistió en trabajar el suelo con arado
con reja y luego rastra de disco cruzada.
El efecto homogeinizador del tratamiento mecánico (igual que en el sector verde) se
evidenció en el primer muestreo postratamiento, donde la concentración de
hidrocarburos se transformó de 4,55% antes de la primera acción mecánica a 3,95%,
para estabilizarse en valores promedio de 0,75% luego del tratamiento, que consistió en
arado con rastra de disco en pasadas cruzadas.
Dinámica de las poblaciones microbianas vs
concentración de Hidrocarburos
Sitio 3
10000000
1000000
100000
10000
1000
100
10
1
1
2
% Hidrocarburos
3
4
Heterótrofas totales
5
Hidrocarburolíticas
La acción conjunta del tratamiento mecánico y la actividad microbiana estimulada por la
aireación y el contenido de humedad se tradujo en una efectiva disminución del
contenido de hidrocarburos en el suelo cuya concentración residual se mantuvo en el
mismo orden de magnitud en los últimos controles (0,75%, valor promedio).
Dinámica del contenido de Hidrocarburos y Humedad del suelo en el perfil
del suelo durante el tratamiento de biorremediación
Yacimiento "MEDANITO" Sitio 4
16
% Hidrocarburos
(g/100 suelo
seco)
Inicio del biotratamiento
Sector sin tratar hasta la fecha
15
14
12
10
8
10
6
4
5
% Humedad
(g/100 g suelo
seco)
20
2
0
2/10/96
4/11/96
19/02/97
2/05/97
6/06/97
11/07/97
fechas de muestreo
5/09/97
20/11/97
0
13/03/98
% Hidrocarburos
% Humedad
Sitio 4, ubicado en el sector rojo, no fue tratado mecánicamente desde que se inicio el
trabajo en los otros sectores, porque en estos suelos apareció una capa subsuperficial
(a 20 o 30 cm) de un material de color gris y aspecto jabonoso, se sospechó una
posible saponificación de algún sustrato orgánico con álcalis. Por precaución se decidió
analizar primero esta capa, para descartar presencia de metales pesados, sulfuros u
otro residuo de posible composición peligrosa. Finalizados los análisis químicos y
habiendo descartado la presencia de sustancias peligrosas, se iniciaron las tareas
mecánicas.
En este sector se detectó el contenido mayor de hidrocarburos en superficie (20.24%,
con máximos de 54,23%). El petróleo y el material grisáceo, se observaron dispuestos
en forma laminar e intercalados con capas de sales y suelo, extendiéndose en
profundidad.
Dinámica de las poblaciones microbianas vs
concentración de hidrocarburos
Sitio 4
10000000
1000000
100000
10000
1000
100
10
1
1
% Hidrocarburos
2
Muestreos
3
Heterótrofas totales
4
5
Hidrocarburolíticas
La población microbiana detectada inicialmente en este sector resultó diferente de otros
sitios, se han reportado 4,5 10 5 microorganismos heterótrofos totales/g de suelo seco y
2,6 10 3 microorganismos hidrocarburolíticos/g de suelo.
En este sector se inició el trabajo mecánico a mediados de julio. Se trató
mecánicamente igual que el sector amarillo; en este caso se usó el subsolador para
“levantar” a superficie el petróleo que se había detectado en profundidad y luego
mezclarlo homogéneamente con el suelo. Se infería que también en este sector
deberían realizarse prácticas de inoculación, sin embargo la respuesta de la actividad
microbiana observada en los controles postratamientos, junto a la disminución
registrada en el contenido de hidrocarburos, nos permiten aventurar una rápida
respuesta biodegradadora, sin necesidad de bioaumentar.
Para realizar un monitoreo exhaustivo, se realizaron en los sitios de estudio diez
calicatas, nueve de ellas en el sector de biotratamiento y una en suelos sin
contaminación, usada como testigo, hasta profundidades de 60 a 70 cm. En ellas se
determinaron parámetros fisicoquímicos que permitieron seguir la dinámica de los
contaminantes en el perfil del suelo.
A continuación se detallan, en forma comparativa, los resultados obtenidos en los
muestreos pretratamiento, durante el tratamiento y postratamiento .
Se seleccionaron y se graficó un perfil representativo por sector.
La calicata 1 está ubicada en el sector verde, coincidentemente con el sitio 1 del
muestreo superficial.
En las muestras extraídas pretratamiento, a diferentes profundidades entre 0 y 70 cm,
se midió pH y conductividad eléctrica en extracto de suelo en relación 1:2,5.
El pH registra valores levemente ácidos en superficie (6,90) y un moderado incremento
en alcalinidad en profundidad. La CE presenta valores altos (1100 103 mmhos/cm) y
levemente crecientes hasta los 40 cm, luego decrece.
La humedad presenta valores altos (10,58% en superficie) y crecientes en profundidad
(hasta 21,23% a 70 cm).
En este sitio se ha detectado un contenido de Hidrocarburos de 5,50% en los primeros
8 cm, decreciendo en profundidad para minimizarse a partir de los 40 a 70 cm.
Estas características permitieron predecir que sería un sector de rápida recuperación
sólo con tratamiento mecánico y sin bioaumentación.
Profundidad (cm)
Dinámica de la concentración porcentual de
Hidrocarburos en el perfil del suelo
Calicata 1 Sitio 1
0-15
0,66
0,95
15-25
1,5
0,3
1,22
7,39
0,53
0,08
0
25-40
40-50 0
50-70 0
0
0
0,78
0,27
0,22
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Hidrocarburos (g/100g suelo seco)
% HC postrat.
% HC en trat.
% HC pretrat.
Comparando los resultados en cada horizonte del perfil, se verifica experimentalmente la
rápida biorremediación del sector.
Si las conductividades altas se mantienen al finalizar el tratamiento se deberá enmendar
el suelo con una enmienda adecuada y recomendar un programa de lavado del suelo
para controlar la salinidad, pero a posteriori de la biodegradación de los hidrocarburos
presentes.
Los metales alcalinos analizados se muestran en el gráfico que continúa :
Distribución y evolución de las concentraciones de
metales alcalinos en el perfil del suelo
Calicata 1 Sitio 1
costra
Sr (3)
0a5cm
Sr (2)
Profundidad (cm)
Sr (1)
Ba (3)
5a15
Ba (2)
Ba (1)
Mg (3)
15a25
Mg (2)
Mg (1)
Ca (3)
Ca (2)
25a45
Ca (1)
Na (3)
Na (2)
>45
Na (1)
0
1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000
(1) pretratamiento
Concentración
(2) en tratamiento
(mg/100g suelo seco)
(3) postratamiento
Las concentraciones detectadas en el perfil del suelo, permiten visualizar que de ellos,
los valores mas elevados corresponden a Mg, Ca y Na, cuyas concentraciones se
mantienen con moderadas variaciones en los horizontes del perfil, a lo largo del
tratamiento. Alentadoramente, Estroncio y Bario, reportan valores muy bajos.
En las mismas calicatas se realizó el monitoreo de metales pesados en el perfil , en los
gráficos siguientes se ilustra su distribución pre y postratamiento.
Evolución temporal y espacial de la concentración de
metales pesados en el perfil del suelo
Calicata 1 Sitio 1
Fe x 102 (3)
Fe x 102 (2)
Fe x 102 (1)
Cd (3)
0a5cm
Cd (2)
Cd (1)
Cr (3)
Cr (2)
5a15
Cr (1)
Profundidad (cm)
Mn x 102 (3)
Mn x 102 (2)
Mn x 102 (1)
Zn (3)
15a25
Zn (2)
Zn (1)
Cu (3)
Cu (2)
25a45
Cu (1)
Ni (3)
Ni (2)
Ni (1)
>45
Pb (3)
Pb (2)
Pb (1)
0
5
10
15
20
25
30
35
Concentracion
(mg/100g suelo seco)
40
45
50
(1) pretratamiento
(2) en tratamiento
(3) postratamiento
Del análisis comparativo puede establecerse que no se han detectado concentraciones
altas de metales pesados, a excepción de Hierro y Manganeso, con relación a ellos, el
hierro especialmente reporta significativos incrementos a consecuencia del tratamiento
de biorremediación.
La calicata 2 está localizada en el sector rojo, coincidentemente con el sitio 4 del
muestreo superficial preliminar.
En las muestras extraídas a diferentes profundidades entre 0 y 50 cm se midió pH y
conductividad eléctrica en extracto de suelo en relación 1:2,5.
El pH registra un valor levemente ácido en superficie (6,97) y presenta un moderado
incremento en alcalinidad en profundidad (7,75 a 50 cm). La CE presenta valores
moderados y constantes hasta los 50 cm (400 103 mmhos/cm).
La humedad presenta valores altos (15,76% en superficie) y relativamente constantes
en profundidad (hasta 13,91% a 50 cm).
En este sitio se ha detectado una concentración de 15,76% de Hidrocarburos en los
primeros 20 cm, valor próximo al detectado en los muestreos superficiales anteriores
(aproximadamente 20%), muestra de la heterogeneidad en la distribución.
La
concentración de hidrocarburos decrece en profundidad para minimizarse a partir de los
35 cm.
Dinámica de la concentración de Hidrocarburos en el
perfil del suelo
Calicata 2 Sitio 4
15,76
0-20
5,99
20-35
Profundidad (cm)
10,65
0
1,56
2,9
0,77
35-40 0
0,17
0,72
40-50 0
0
0
50-70 0
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Hidrocarburos (g/100g suelo seco)
% HC postrat.
% HC en trat.
% HC pretrat.
En este sector aparecen las capas de materiales grisáceos intercaladas con suelo y
petróleo en disposición laminar.
Estas características permitieron predecir que sería un sector de difícil y lenta
recuperación, Se indicó posponer el inicio del tratamiento mecánico hasta analizar los
componente químicos de las capas grises, a fin de descartar la presencia de severos
contaminantes. Se estimó probable la necesidad de bioaumentar la población
microbiana hidrocarburolítica nativa. Sin embargo a pesar de haber iniciado el
tratamiento en este sector 50 días después de los suelos restantes, en el gráfico que
muestra la dinámica de la concentración de Hidrocarburos para el sitio 4, puede verse la
inesperada respuesta al tratamiento, de igual manera se observa la disminución del
contenido de hidrocarburos en el perfil, con solo 5 meses de tratamiento.
A continuación puede verse la distribución de metales alcalinos en el perfil del suelo y
su evolución con el tratamiento.
Distribución y evolución de las concentraciones de
metales alcalinos en el perfil del suelo
Calicata 2 Sitio 4
Sr (3)
0-5
Sr (2)
Sr (1)
Ba (3)
Profundidad (cm)
5a15
Ba (2)
Ba (1)
Mg (3)
15a30
Mg (2)
Mg (1)
Ca (3)
30a45
Ca (2)
Ca (1)
Na (3)
45 a 55
Na (2)
Na (1)
0
1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000
Concentración
(mg/100g suelo seco)
(1) pretratamiento
(2) en tratamiento
(3) postratamiento
La presencia y distribución de metales pesados presenta en este sitio puntos de
máxima concentración respecto a otros sitios del predio, posiblemente a causa que
este fue el sector colector del vertido de las aguas de producción que luego se
extendían a la superficie restante.
Evolución temporal y espacial de la concentración de
metales pesados en el perfil del suelo
Calicata 2 Sitio 4
Fe x 102 (3)
Fe x 102 (2)
Fe x 102 (1)
0-10
Cd (3)
Cd (2)
Cd (1)
10 a 20
Cr (3)
Profundidad (cm)
Cr (2)
Cr (1)
Mn x 102
(3)
Mn x 102
(2)
Mn x 102
(1)
Zn (3)
20-30
30-45
Zn (2)
Zn (1)
Cu (3)
Cu (2)
> 45
Cu (1)
Ni (3)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Concentracion
(mg/100g suelo seco)
50
Ni (2)
(1) pretratamiento
(2) en tratamiento
(3) postratamiento
En este sector, Hierro, Zinc, Manganeso presentan valores altos.
La calicata 3 está ubicada en el sector amarillo, coincidentemente con el sitio 2 del
muestreo superficial.
En las muestras extraídas a diferentes profundidades entre 0 y 70 cm se midió pH y
Conductividad eléctrica en extracto de suelo en relación 1:2,5.
El pH incrementa moderadamente su alcalinidad en profundidad (de 7,22 a 7,85) y la CE
presenta valores moderados y constantes hasta los 70 cm (700 103 mmhos/cm).
La Humedad presenta un valor bajo en superficie (5,85%) y valores altos y crecientes en
profundidad (hasta 15,74% a 70 cm). Este sector presentó horizontes subsuperficiales
compactados por "pisoteo" debido al tránsito de maquinarias.
En este sitio se ha detectado un 18,50% de Hidrocarburos en los primeros 15 cm,
decreciendo bruscamente en los siguientes 15 a 50 cm a valores de aproximadamente
2%, para minimizarse a partir de los 60 a 70 cm. Estas características permitieron
predecir que sería un sector donde deberemos aplicar acciones mecánicas
diferenciales, para destruir la compactación subsuperficial.
Dinámica de la concentración porcentual de
Hidrocarburos en el perfil del suelo Calicata 3 Sitio 2
Profundidad (cm)
18,5
3,53
3,09
0-15
15-30 0,38
0,55
30-40 0,27
0,18
2,33
2,45
2,75
40-50 0
0
0,4
50-70 0
0
0
2
4
% HC postrat.
6
8
10
12
14
Hidrocarburos (g/100g suelo seco)
% HC en trat.
16
18
20
% HC pretrat.
La acción mecánica aplicada para romper los pisos de compactación subsuperficiales
permitió activar la bioxidación de los hidrocarburos con los resultados que gráficamente
se pueden observar.
Los metales alcalinos predominantes, al igual que en los sitios anteriores son Ca, Mg y
Na. En profundidad se observan moteados calcáreos más o menos abundantes.
Distribución y evolución de las concentraciones de
metales alcalinos en el perfil del suelo
Calicata 3 Sitio 2
0a10
Sr (3)
Sr (2)
Profundidad (cm)
Sr (1)
Ba (3)
10a20
Ba (2)
Ba 819
Mg (3)
Mg (2)
20a35
Mg (1)
Ca (3)
Ca (2)
Ca (1)
Na (3)
>35
Na (2)
Na (1)
0
1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
(1)
Concentración
(2)
(mg/100g suelo seco)
(3)
9000
pretratamiento
en tratamiento
postratamiento
Con relación al contenido de metales pesados y su dinámica en el perfil a consecuencia
de biotratamiento, valen las consideraciones realizadas para la calicata 1 y sus
resultados analíticos se grafican a continuación.
Evolución temporal y espacial de la concentración de
metales pesados en el perfil del suelo
Calicata 3 Sitio 2
Fe x 102 (3)
Fe x 102 (2)
Fe x 102 (1)
Cd (3)
0-5
Cd (2)
Cd (1)
Cr (3)
Cr (2)
5a15
Cr (1)
Profundidad (cm)
Mn x 102 (3)
Mn x 102 (2)
Mn x 102 (1)
15a30
Zn (3)
Zn (2)
Zn (1)
Cu (3)
30a45
Cu (2)
Cu (1)
Ni (3)
Ni (2)
Ni (1)
45 a 55
Pb (3)
Pb (2)
0
5
10
15
20
25
30
35
Concentracion
(mg/100g suelo seco)
40
45
50
Pb (1)
(1) pretratamiento
(2) en tratamiento
(3) postratamiento
La calicata 6 está localizada en el sector azul, coincidentemente con el sitio 3 del
muestreo superficial.
En las muestras extraídas a diferentes profundidades entre 0 y 45 cm se midió pH y
Conductividad eléctrica en extracto de suelo en relación 1:2,5.
El pH se modifica de levemente ácido en superficie (6,85) a moderadamente alcalino en
profundidad (7,63 a 45 cm). La CE presenta los valores más altos y constantes medidos
en todo el predio (> 2000 103 mmhos/cm)
La humedad presenta valores muy bajos (1,97%) en los primeros 10 cm y altos y
constantes en profundidad (18% promedio en el perfil).
En este sitio se detectó inicialmente una concentración de 7,12% de Hidrocarburos en
los primeros 10 cm, decreciendo a valores de aproximadamente 2% en profundidad ;
luego de transcurridos los 8 meses de tratamiento los resultados de la degradación de
los hidrocarburos se representan comparativamente a continuación.
Dinámica de la concentración porcentual de
Hidrocarburos en el perfil del suelo
Calicata 6 Sitio 3
1,09
1,56
0,41
10a20
Profundidad (cm)
7,25
1,57
0-10
0,39
0,51
20-30
0
1,3
30-45
0
45-70
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Hidrocarburos (g/100g suelo seco)
% HC postrat.
% HC en trat.
% HC pretrat.
Estas características permitieron predecir que sería un sector de rápida recuperación
sólo con tratamiento mecánico y sin bioaumentación respecto al contenido de petróleo.
Sin embargo, las conductividades altas indican que se deberá enmendar y lavar los
suelos de este sector para controlar la salinidad localizada en el área.
Los metales alcalinos presentes en mayor concentración son Ca, Mg y Na, no se
observan concentraciones preocupantes de estroncio y bario.
Distribución y evolución de las concentraciones de
metales alcalinos en el perfil del suelo
Calicata 6 Sitio 3
0a5
Sr (3)
Sr (2)
Profundidad (cm)
5a10
SR (1)
Ba (3)
Ba (2)
Ba (1)
15a25
Mg (3)
Mg (2)
Mg (1)
Ca (3)
25a35
Ca (2)
Ca (1)
Na (3)
>35
Na (2)
Na (1)
0
1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000
Concentración
(g/100g suelo seco)
(1) pretratamiento
(2) en tratamiento
(3) postratamiento
En los gráficos que siguen se puede observar que la distribución en el perfil de metales
pesados en este sector como en los ya descriptos sigue un mismo patrón de
comportamiento presentando Hierro, Manganeso y Zinc los valores más elevados.
Evolución temporal y espacial de la concentración de
metales pesados en el perfil del suelo
Calicata 6 Sitio 3
Fe x 102 (3)
Fe x 102 (2)
Fe x 102 (1)
Cd (3)
0a10
Cd (2)
Cd (1)
Cr (3)
Cr (2)
10a20
Cr (1)
Profundidad (cm)
Mn x 102 (3)
Mn x 102 (2)
Mn x 102 (1)
20a35
Zn (3)
Zn (2)
Zn (1)
Cu (3)
Cu (2)
35-55
Cu (1)
Ni (3)
Ni (2)
Ni (1)
>55
Pb (3)
Pb (2)
Pb (1)
0
5
10
15
20
25
30
Concentracion
(mg/100g suelo seco)
35
40
45
50
(1) pretratamiento
(2) en tratamiento
(3) postratamiento
CONCLUSIONES
La composición química de los suelos depende de la composición mineralógica de las
rocas que les dieron origen, de allí la gran variabilidad que se observa entre distintos
suelos. Los elementos inorgánicos responsables de la nutrición mineral del las plantas
se clasifican en los suelos como macro y micronutrientes, según las concentraciones
limites en que los vegetales los toleran o los requieren.
La bibliografía consultada indica, en forma muy general, valores mínimos y máximos
para algunos elementos, expresados en mg/100g de suelo seco.(Bear, 1978). El cuadro
siguiente los reporta:
Elemento
Concentración (mg/100g suelo seco)
Máximos
Calcio Ca
Potasio K
Magnesio Mg
Sodio Na
Manganeso Mn
Hierro Fe
Zinc Zn
Cobre Cu
Niquel Ni
Mínimos
1661,00
2249,00
1086,00
1243,00
1386,00
5500,00
22,00
6,00
4,00
85,00
132,00
0,00
29,00
15,00
476,00
10,00
0,02
0,20
La Ley 24.051, de Residuos Peligrosos establece niveles guía de calidad de suelos, en
cuanto a los denominados constituyentes peligrosos, establece los siguientes valores
para los metales pesados que se han estudiado en este trabajo:
Metal
pesado
Bario Ba
Cadmio Cd
Zinc Zn
Cobre Cu (total)
Cromo Cr (total)
Níquel Ni (total)
Concentración en suelos (mg/100g suelo seco)
Uso agrícola
Uso residencial
75,00
0,30
60,00
15,00
75,00
15,00
50,00
0,50
50,00
10,00
25,00
10,00
Uso industrial
200,00
2,00
150,00
50,00
80,00
50,00
El contenido de metales alcalinos se encuentra dentro de valores, si bien elevados,
posibles de encontrar en suelos salinos. En todas las calicatas se observan horizontes
con moteado de calcáreo en diferentes profundidades según el sitio.
El suelo del yacimiento analizado en un sector de monte, sin contaminación por la
actividad petrolera, presenta los siguientes valores respecto a la concentración de
metales pesados
VALORES PROMEDIO DE CONCENTRACIÓN DE METALES PESADOS (mg/100g suelo seco)
EN EL SUELO TESTIGO, Sitio de MONTE (sin tratamiento y sin contaminantes)
Profundidad
0a10 cm
10a25 cm
25a40 cm
40a55 cm
>55 cm
Fe
Cd
Cr
Mn
Zn
Cu
Ni
1223,0 0,060 ND
70,00 3,500
1,500
950,0 0,030 0,810 60,00 3,500
1,400
970,0 0,035 0,500 55,00 2,900
1,150
1174,0 0,010 0,600 76,00 1,050
1,500
1136,0 0,030 0,420 69,00 0,600
1,500
Pb
1,900
2,400
2,500
2,200
2,500
1,300
1,500
1,400
1,000
0,600
Los suelos del sector sometido a rehabilitación por el biotratamiento presentan los
valores promedio calculados por horizonte para todo el predio:
VALORES PROMEDIO DE CONCENTRACIÓN DE METALES PESADOS (mg/100g suelo seco)
EN LOS SUELOS BIOTRATADOS
Profundidad Fe
Cd
Cr
0a10 cm
2373,0
0,039
10a25 cm
2590,0
0,037
25a40 cm
2240,0
0,033
40a55 cm
1632,0
0,042
>55 cm
1828,0
0,035
0,890
0,800
0,670
0,690
0,800
Mn
Zn
130,00
115,00
102,00
75,00
76,00
5,570
7,380
5,890
4,680
4,450
Cu
Ni
Pb
2,100 2,270 1,760
2,550 2,620 1,520
1,960 2,350 1,070
1,800 2,070 1,160
1,970 2,220 1,050
Analizando los dos cuadros anteriores puede establecerse que las concentraciones de
los metales níquel Ni, cromo Cr, cadmio Cd y plomo Pb, no han sido aumentadas por la
disposición en estos suelos de aguas de producción e hidrocarburos;
Las concentraciones de hierro Fe, manganeso Mn, zinc Zn y cobre Cu, se observan
incrementadas en los horizontes superficiales, en los suelos del sitio en rehabilitación.
El contenido de metales pesados no alcanza valores de carácter tóxico, por el contrario,
salvo el hierro, los elementos como Zn, Cu, Ni y Mn se encuentran dentro de los valores
máximos en que un suelo puede contener naturalmente como micronutrientes para las
plantas y por debajo de los valores límites permitidos por la Ley de residuos peligrosos
para suelos de uso industrial.
En todos los casos, la concentración de Hierro, se ve incrementada con el
biotratamiento, podría deberse a la acción siderófora de los microorganismos nativos del
suelo, supuesto que debería verificarse evaluando si existen en la microflora autóctona
grupos microbianos vinculados en las biotransformaciones del hierro. Igual
consideración debe hacerse en general para otros metales como Bario, Zinc y
Manganeso, pues ellos han incrementado su concentración luego del tratamiento,
aunque siempre por debajo de los valores establecidos por la ley 24.051 para suelos de
uso industrial, y lo más destacable es que también están por debajo de los valores para
suelos de uso agrícola.
Analizando comparativamente los resultados del tratamiento de rehabilitación en los
cuatro sectores, respecto a la concentración residual de Hidrocarburos, puede
concluirse que en los sectores azul y verde, la microflora nativa del suelo, estimulada
por un adecuado manejo mecánico, ha logrado bioconvertir con éxito, los hidrocarburos
presentes a valores residuales que representan solo entre 10 a 15% de la concentración
de hidrocarburos inicial.
En consecuencia se unificaron estos sectores en un predio que ha recibido como
tratamiento final una fertilización con nitrógeno y fósforo previa a la siembra realizada en
abril del corriente año, donde se sembró una pastura extractiva (agropiro), con una
densidad de siembra de 30 Kg./Ha, que será analizada en sus diferentes estados
fenológicos para verificar su eficiencia como “extractora” de hidrocarburos residuales.
Finalmente el cultivo será cortado e incinerado, el suelo finalmente roturado y la
vegetación autóctona reimplantada.
En el sector Rojo, se observó una respuesta inmediata al tratamiento, considerando que
solo en los primeros 4 meses de trabajo se redujo la concentración de hidrocarburos a
menos del 50% de la inicial. Para acelerar el proceso se inoculará este sector con
microorganismos hidrocarburolíticos multiplicados in vitro pero proveniente de los suelos
del sector, es decir se procederá a realizar prácticas de bioaumentación.
Por razones operativas se propone unificar este sector con el sector amarillo. Si bien en
este último la concentración de hidrocarburos residual representa solo un 15% del
inicial, se ha detectado un contenido de sodio muy alto en los horizontes superficiales,
por cuanto se estima oportuno continuar el tratamiento mecánico del suelo en este
sector.
Esta experiencia ha servido para demostrar que la recuperación de suelos
contaminados con hidrocarburos, por la técnica de laboreo del suelo con estimulación
de la actividad oxidativa biodegradadora de los microorganismos autóctonos, representa
una tecnología ambientalmente sustentable para rehabilitar los suelos afectados.
BIBLIOGRAFÍA
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perspective. Microbiological Reviews. 45: 180-209.
Bear, F. 1978. Suelos y Fertilizantes. De. Omega.
Calabresse, E. and P. Kostecky. 1993. Principles and practices for petroleum
contaminated soils. Lewis Publishers USA.
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Proceedings of the 40th Purdue Industrial Waste Conference.Lewis Publishers. USA.
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Leahy, H. and R. Colwell. 1990. Microbial degradation of hidrocarbons in the
environnment. Microbiological Reviews. 54: 305-315.
Ley 24.051, de Residuos peligrosos. República Argentina.
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bioaumentación con bacterias nativas de suelos regionales. Gerencia ambiental. 25:
391-393.