agradecimientos - Universidad de Magallanes

i
AGRADECIMIENTOS
Se agradece el financiamiento de esta investigación al Gobierno Regional de Magallanes y
Antártica Chilena, en el marco de su programa de financiamiento de tesis de interés regional.
A aquellos profesores que a lo largo del camino me entregaron más que sólo contenidos
de clases, el señor Alejandro Figueroa, Claudio Gómez, Nancy Calisto, María Luisa Ojeda, Juan
Carlos Moreno. Y por supuesto a Adriana Vidal y “El Viejo Torres”.
A mi familia y amigos por todo su apoyo y paciencia para ver materializado este trabajo,
muchas gracias.
ii
RESUMEN
El suelo es un recurso natural del cual el hombre necesita ya que está asociado a las más
importantes actividades productivas como la agricultura, la ganadería y la actividad forestal que
dependen directamente de él, sin embargo la contaminación de este componente ambiental
modifica sus propiedades físicas, químicas y biológicas, causando diversos efectos negativos. La
explotación, refino y transportes de productos derivados del petróleo se convierten en la mayor
fuente de contaminación de hidrocarburos. A pesar de que Chile aún no ha legislado en materia
de suelos será inminente el aparecimiento de nuevas políticas que aseguren la calidad de estos, se
abre entonces la actividad de mitigar y recuperar las zonas afectadas. El objetivo de este trabajo
apunta a ello, estudiar el efecto de la adición de biodiesel en suelos contaminados con
hidrocarburos, y cuantificar el porcentaje de remoción de tres tipos de combustibles fósiles (crudo
de petróleo, diesel y aceite lubricante usado).
La metodología empleada consiste en crear 18 celdas con muestras de suelos con las
siguientes variables: edad del derrame (reciente o antiguo), tamaño de partículas de suelo (grava
o arena) y contaminante (crudo de petróleo, diesel o aceite lubricante usado). Las muestras se
analizaron cada 14 días hasta el día 42, haciendo una extracción con equipo soxhlet según el
método de la USA EPA 3540c seguido de los métodos de la NCh 2323 sobre análisis de aguas
residuales, partes 6 y 7 (determinación de aceites y grasas, determinación de hidrocarburos
totales).
Los resultados obtenidos se muestran en la siguiente gráfica:
iii
Porcentaje de TPHs al día 42
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
RE
RE
RE
RE
RE
RE
AN
AN
AN
AN
DI
DI
AC
AC
CR
CR
DI
DI
AC
AC
GR
AR
GR
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GR
AR
GR
AR
GR
AR
AT. N AT. N AT. N AT. N AT. N AT. N
CR
AC
CR
AC
DI
DI
CR
CR
AR
AR
GR
GR
GR
AR
GR T iAR
p o M ue st r a
AN
AN
Los resultados obtenidos indican que el adicionar biodiesel a una muestra contaminada
facilita la degradación de los contaminantes.
Del estudio de los parámetros antigüedad, tipo de contaminante y textura de suelo se
concluye que el biodiesel es más efectivo para suelos con tamaño grande de partículas, cuyo
espacio entre poros facilite el contacto entre el contaminante y el agente recuperador. Por otra
parte, también es más efectivo para combatir fracciones livianas de hidrocarburos, lo cual queda
demostrado por los resultados obtenidos con el diesel, y considerando que los derrames recientes
disminuyeron en mayor proporción que los antiguos, y que en éstos últimos no hubo una
diferencia notable entre las muestras.
iv
ÍNDICE
CAPÍTULO I: INTRODUCCIÓN
1
1.1.
Antecedentes generales
2
1.2.
Definición de los objetivos
3
1.3.
Definición de las variables
4
CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO
2.1.
2.2.
5
El suelo
6
2.1.1. Definición de suelo
6
2.1.2. Componentes del suelo
7
2.1.3. Funciones del suelo
11
Contaminación del suelo con hidrocarburos
12
2.2.1. Efecto sobre las propiedades físico
12
químicas
2.2.2. Efectos en el ser humano
13
2.2.3.
14
Efectos sobre la naturaleza y economía
2.3.
Fuentes de contaminación
14
2.4.
Petróleo crudo y sus derivados
15
2.4.1. Crudo de petróleo
15
2.4.2. Gasolina
17
2.4.3. Gasoil o diesel
18
2.4.4. Aceites Lubricantes
18
2.5.
Situación actual
19
2.6.
Tecnologías de tratamiento
21
2.7.
Biodiesel
22
2.7.1. Proceso de elaboración
22
2.7.2. Propiedades del biodiesel
23
v
2.8.
Formulación de la hipótesis: Biodiesel como
recuperador
de
suelos
contaminados
24
con
hidrocarburos.
25
CAPÍTULO III: INVESTIGACIÓN PROPUESTA
3.1.
3.2.
Nivel laboratorio
26
3.1.1. Localización
26
3.1.2. Variables a estudiar
26
3.1.3. Metodología
26
Materiales y métodos de análisis
28
3.2.1. Reactivos
28
3.2.2. Aparatos
28
3.2.3. Determinación de textura
29
3.2.4. Determinación de pH
29
3.2.5. Determinación
del
contenido
de
29
humedad
3.3.
3.2.6. Determinación de aceites y grasas
30
3.2.7. Determinación de hidrocarburos totales
31
Producción de biodiesel
32
3.3.1. Preparación de la materia prima
32
3.3.2. Valoración
32
3.3.3. Pre-neutralizado
33
3.3.4. Elaboración
33
3.3.5. Lavado
34
CAPÍTULO IV: DATOS Y RESULTADOS
35
4.1.
Resultados según tipo de suelo afectado
36
4.2.
Resultados según contaminante
37
4.3.
Resultados según antigüedad del derrame
39
vi
4.4.
40
Resultados generales
CAPÍTULO V: ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE LOS
41
RESULTADOS
5.1.
Análisis de los resultados según la textura del
42
suelo
5.2.
el
42
Análisis de los resultados según la antigüedad
42
Análisis
de
los
resultados
según
contaminante
5.3.
del derrame
5.4.
Análisis general
43
5.5.
Discusión de los resultados
43
CAPÍTULO VI: CONCLUSIONES
44
BIBLIOGRAFÍA
46
ANEXOS
49
Anexo A: Pruebas Preliminares
A.1. Determinación del tiempo óptimo de
50
50
extracción
A.1.1. Materiales y reactivos
51
A.1.2. Datos y resultados
51
A.1.3. Conclusiones
52
A.2. Concentración de TPHs para distintas
52
muestras
A.3. Análisis de otras propiedades
Anexo B: Preparación de biodiesel de aceite vegetal usado a
53
55
escala laboratorio
Anexo C: Tabla de datos y resultados
57
vii
Anexo D: Resultados de otros estudios
61
viii
LISTA DE FIGURAS
CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO
Figura 2.1.: Características horizontes
6
Figura 2.2.: Fracciones de cada una de las fases que constituyen el suelo
7
Figura 2.3.: Denominación de suelos según textura
9
Figura 2.4.: Mapa de infraestructura de hidrocarburos líquidos,
14
Región de Magallanes
Figura 2.5.: Reacción para producir biodiesel
23
CAPÍTULO IV: DATOS Y RESULTADOS
Figura 4.1.: Resultados derrames en arcilla
36
Figura 4.2.: Resultados derrames en arena
37
Figura 4.3.: Resultados derrames de diesel
37
Figura 4.4.: Resultados derrames de aceite lubricante usado
38
Figura 4.5.: Resultados derrames de crudo de petróleo
38
Figura 4.6.: Resultados de derrames recientes
39
Figura 4.7.: Resultados derrames antiguos
39
Figura 4.8.: Porcentaje de hidrocarburos al día 42
40
ANEXOS
Figura A.1.: Concentración de aceites y grasas en la muestra preliminar para
51
distintos tiempos de extracción
Figura A.2.: Concentración de TPHs para distintos tiempos de extracción
52
Figura A.3.: Concentración de TPHs para distintas condiciones de suelo
52
Figura A.4.: Muestra de suelo limpia vs muestra de suelo contaminado
53
Figura A.5.: Porcentaje de humedad para las distintas condiciones
53
Figura A.6.: Fotos muestras
54
Figura B.1.: Eliminación de agua del aceite
55
ix
Figura B.2.: Reactor utilizado
55
Figura B.3.: Preparación de metóxido de sodio
55
Figura B.4.: Glicerina, biodiesel
55
Figura B.5.: Aspecto del biodiesel en el lavado
56
Figura B.6.: Separación de fases después del lavado
56
Figura B.7.: Biodiesel terminado
56
Figura D.1.: Biodegradación de distintos tipos de biodiesel
61
Figura D.2.: Biodegradación de mezclas biodiesel-crudo de petróleo
62
Figura D.3.: Biodegradación de mezclas biodiesel-crudo de petróleo
62
Figura D.4.: Biodegradación de mezclas biodiesel-diesel
63
Figura D.5.: Biodegradación de mezclas biodiesel gasolina
63
x
LISTA DE TABLAS
CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO
Tabla 2.1.: Clasificación de partículas por tamaño
8
Tabla 2.2.: Composición de las fracciones químicas contenidas en
16
el crudo de petróleo
Tabla 2.3.: Composición media de los aceites lubricantes
19
Tabla 2.4.: Límites máximos permisibles para fracciones de hidrocarburos en
20
suelo. Valores en mg/Kg en base seca. NOM 138 SERMANAT/SS-2003
Tabla 2.5.: Valores máximos permitidos de hidrocarburos en suelos
21
CAPÍTULO III: INVESTIGACIÓN PROPUESTA
Tabla 3.1.: Detalle del contenido de las celdas
27
ANEXOS
Tabla A.1.: Detalle de tratamiento de muestras preliminares
50
Tabla C.1.: Datos y resultados análisis de laboratorio
57
1
CAPÍTULO I
INTRODUCCIÓN
2
INTRODUCCIÓN
1.1.
ANTECEDENTES GENERALES
El suelo es un recurso natural definido generalmente como la capa superior de la corteza
terrestre, está formado por partículas de minerales, materia orgánica, agua, aire y allí nacen y se
desarrollan miles de seres vivos, desde microorganismos hasta plantas y animales superiores1.
Además de servirnos como asentamiento, se desarrollan variadas actividades humanas, como la
agricultura, la ganadería y la actividad forestal que dependen directamente de él. Sin embargo, la
creciente actividad industrial ha desestabilizado el sistema natural introduciendo elementos en
mayor cantidad que los que es capaz de degradar, es decir, se genera una contaminación que
puede afectar tanto al medio ambiente como al ser humano dependiendo de las concentraciones
existentes.
Las fuentes de contaminación de suelos por hidrocarburos son principalmente actividades
industriales dedicadas a la explotación, refino y transporte del petróleo y sus derivados por lo que
el tema cobra especial importancia para la XII Región de Magallanes y Antártica Chilena donde
la Empresa Nacional del Petróleo tiene sus más importantes instalaciones, siendo la única región
de Chile donde existen yacimientos explotados. Además pueden mencionarse como actividades
susceptibles de causar impactos en el suelo por presencia de hidrocarburos instalaciones de
estaciones de servicios y accidentes ocurridos por el transporte terrestre o marino2 de estas
sustancias.
La introducción de contaminantes al suelo produce alteraciones en sus propiedades físicoquímicas y disminuye la productividad del sitio, deteriorando su calidad y capacidad pues se
impide el desarrollo de organismos, el crecimiento de vegetación, además puede tener
1
2
Comisión para la comunidad europea (2002)
Los derrames de petróleo en el mar pueden contaminar las costas, casos como Metula, entre otros.
3
implicancias en las aguas superficiales y subterráneas, una pérdida del valor estético del sitio, una
menor tasación comercial, entre otros.
En Chile actualmente no existe una legislación sobre suelos contaminados, por lo tanto no
existen parámetros que revelen la calidad de los suelos o cual es la cantidad máxima permisible
de contaminantes en el suelo, la tendencia mundial es a legislar sobre estos temas, por eso la
Comisión Nacional del Medio Ambiente (CONAMA) ha efectuado estudios para detectar los
posibles sitios contaminados y principales contaminantes, no obstante, aún se desconoce la
magnitud de este problema.
Este estudio pretende ampliar la información que existe sobre el tema de la contaminación
de suelos en la región de Magallanes y sobre las técnicas de tratamiento que actualmente son
utilizadas, proponiendo como hipótesis que la adición de biodiesel en sitios impactados por
presencia de hidrocarburos acelera la biodegradación de estos contaminantes orgánicos. El
biodiesel es un ester biodegradable y que puede ser producido utilizando como materia prima
materiales de desecho como aceites vegetales usados y grasas animales, con esto se evita que
dichos materiales sean vertidos por la alcantarilla o llevados a sitios de disposición final donde
pueden causar una severa contaminación, así también se contribuye a disminuir el volumen total
de residuos generados por industrias del sector alimenticio.
1.2.
DEFINICIÓN DE LOS OBJETIVOS
El objetivo general de este estudio es determinar el rendimiento del biodiesel en el
tratamiento de suelos contaminados con hidrocarburos, mediante una técnica físico-química
combinada con biorremediación.
Para el cumplimiento de este objetivo se cumplirán los siguientes objetivos específicos:
-
Analizar las referencias bibliográficas publicadas sobre el tema.
-
Producir a partir de aceite vegetal usado el biodiesel que será utilizado en la investigación.
-
Diseñar y desarrollar una experiencia práctica de laboratorio que permita evaluar la
reducción de hidrocarburos totales de petróleo al adicionar en las muestras de suelo
biodiesel.
4
-
Implementar un proceso a nivel piloto de tratamiento de suelos contaminados con
hidrocarburos de obtener un rendimiento satisfactorio de la técnica.
1.3.
DEFINICIÓN DE LAS VARIABLES
Las variables a estudiar serán:
-
Eficiencia del biodiesel como recuperador de suelos impactados con un derrame
antiguo de hidrocarburos.
-
Eficiencia del biodiesel como recuperador de suelos impactados con un derrame actual
de hidrocarburos.
-
Eficiencia del biodiesel como recuperador de suelos contaminados con distintos tipos
de hidrocarburos: crudo de petróleo, aceite lubricante y diesel.
-
Comparación con otras técnicas de remediación.
-
Posibilidad de implantar el sistema a nivel piloto.
5
CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
6
MARCO TEÓRICO
2.1.
EL SUELO
2.1.1. DEFINICIÓN DE SUELO
El suelo es un recurso natural no renovable definido generalmente como la capa
superior de la corteza terrestre, de profundidad variable. Se trata de un sistema multifásico
formado por componentes minerales provenientes de la meteorización de las rocas,
materia orgánica (humus y derivados, biomasa viva y muerta), una fase acuosa constituida
por sales disueltas en agua y una fase gaseosa que se distribuye en el espacio existente
entre los poros.
El suelo constituye la interfaz entre la tierra, el aire y el agua, es el soporte
mecánico y en parte el sustento de las plantas.
Un corte vertical a través de un suelo natural revela una estratificación particular
denominada perfil. Los suelos se constituyen en capas llamadas horizontes, cada uno de
estos horizontes difiere en una o más características del superior o inferior. Usualmente se
pueden distinguir 5 tipos, los cuales se pueden observar en la figura.
Figura 2.1.: Características horizontes
La formación de los suelos está dada por una serie de interacciones entre la roca
madre, la que sufre alteraciones principalmente del tipo exógeno, el agua, el aire, los seres
7
vivos y la acción del hombre. Se puede describir entonces al suelo como una función de
múltiples variables:
S = f (R, C, B, t, p, h)
Donde:
S = Suelo
R = Roca Madre
C = Clima
B = Biología
t = Tiempo
p = Pendiente
h = Acciones del hombre, en caso que existan.
2.1.2. COMPONENTES DEL SUELO
Como ya se mencionó, el suelo es un sistema formado por tres fases: una fase
sólida compuesta por una fracción mineral y una fracción orgánica, una fase líquida que
corresponde a una disolución dinámica y una fase gaseosa, en distintas proporciones,
Figura 2.2.: Fracciones de cada una de las fases que constituyen el suelo
Material Inorgánico
Es el componente más importante del suelo, se compone de fracciones minerales
derivadas de la meteorización de las rocas y constituye la base del armazón sólido que
8
soporta al suelo, otorga sujeción a las plantas y es la encargada de la retención del agua y
los nutrientes.
Cuantitativamente representa entre el 90 al 99% de la fase sólida, y cerca de un
45% del total del volumen del suelo. Es la porción más estable y por lo tanto la más
representativa, además tiene gran efecto en las propiedades físico-químicas del suelo.
Textura y estructura del suelo son dos propiedades físicas que tienen directa relación con
la porción inorgánica y que son la base de cualquier estudio de suelos.
La textura se refiere al tamaño que poseen las partículas minerales; es la
proporción relativa de los varios grupos de partículas en un suelo dado.
División
ARENA
Grava
Tamaño de partícula (mm)
> 2,00
Muy gruesa
2,00 – 1,00
Gruesa
1,00 – 0,50
Media
0,50 – 0,25
Fina
0,25 – 0,10
Muy fina
0,10 – 0,05
Limos
Arcillas
0,05 – 0,002
<0,002
Tabla 2.1.: Clasificación de partículas por tamaño
El porcentaje de arenas, limos y arcillas otorga la denominación del suelo según la
textura según la porción del gráfico en que se encuentre:
9
Figura 2.3.: Denominación de suelos según textura
La estructura se refiere a la disposición de las partículas de suelo en grupos o
agregados. La permeabilidad del suelo al agua, aire y a la penetración de las raíces
también dependen de la estructura.
Materia Orgánica
La materia orgánica del suelo está formada principalmente por tejidos originales y
parcialmente descompuestos y humus. Los tejidos originales son aportes más o menos
descompuestos que constantemente producen las raíces y partes aéreas de las plantas
superiores. Estos materiales están sujetos a un fuerte ataque por parte de los organismos
tanto vegetales como animales del suelo, que son utilizados como fuente de energía y
material de recuperación frente a su propio desgaste.
Las sustancias coloidales, que son los productos más resistentes de esta
descomposición, tanto sintetizados por microorganismos como los resultantes de la
modificación de los tejidos originarios de las plantas, se llaman colectivamente humus o
mantillo. Poseen gran capacidad para almacenar agua e iones nutriente, pequeñas
10
cantidades de humus hacen aumentar enormemente la capacidad del suelo en promover la
producción de las plantas.
La fracción orgánica constituye entre un 1 y un 10% de la fase sólida del suelo y,
en promedio, el 5% del volumen total, sin embargo, pese a ser una pequeña proporción
tiene una gran importancia en la formación y fertilidad del suelo.
Como funciones de la materia orgánica podemos mencionar que es granulador de
las partículas minerales, proporciona una mayor fuente de fósforo y azufre en el suelo, y
es esencialmente la única fuente de nitrógeno, tiende a aumentar la cantidad de agua que
el suelo puede retener y es la principal fuente de energía para los microorganismos del
suelo.
Los restos vegetales y animales depositados sobre la superficie del suelo lo
protegen de la erosión hídrica y eólica, por otra parte, los materia orgánica adsorbe
plaguicidas y otros contaminantes y evita que estos percolen hacia los acuíferos.
Fase líquida
El agua en los suelos es retenida dentro de los poros con grados variables de
intensidad según la cantidad de agua presente, junto a la fase gaseosa conforman un 50%
del volumen total del suelo, donde un 25% corresponde a la fase líquida, sin embargo
estas proporciones varían principalmente por las condiciones climáticas, por lo que al
aumentar la humedad en el suelo disminuye la fase gaseosa y viceversa. Junto con sus
sales disueltas el agua del suelo forma la llamada solución del suelo, tan importante como
medio para abastecer de principios nutritivos a las plantas que en el se desarrollan. Es
también de gran importancia en la formación de suelos ya que permite diversas reacciones
químicas como la hidrólisis y la hidratación.
Fase Gaseosa
Es la mezcla de gases que ocupa los espacios entre los poros que la fase líquida
deja libre. Los distintos procesos biológicos hacen que se encuentre sometida a constantes
variaciones en su composición, a consecuencia del incremento en la proporción de
11
algunos gases y la disminución de otros debido a la dinámica de los procesos biológicos el
aire del suelo se diferencia del aire atmosférico, esto se compensa con una serie de
intercambios entre uno y otro, cuya función es permitir el desarrollo de la vida de los
organismos en el suelo.
Sus principales propiedades son:
–
No es continuo, se localiza en el laberinto de los poros separados por los sólidos del
suelo.
–
Su humedad relativa es próxima al 100% (mayor que en el aire atmosférico).
–
El contenido de dióxido de carbono está entre un 0,2 – 3%, varios centenares más que
el 0,03% característico del aire atmosférico.
–
El porcentaje de oxígeno no es mayor a un 10 – 12% mientras que el aire atmosférico
presenta un 20% de este componente.
2.1.3. FUNCIONES DEL SUELO
–
El suelo produce la mayor parte de los alimentos necesarios para sostener la vida
humana, además de forraje, fibras y combustibles
–
Constituye la base de los asentamientos humanos, construcción de viviendas e
infraestructuras.
–
Proporciona materias primas, tales como el agua, los minerales y materiales de
construcción.
–
Es el escenario donde ocurren los procesos biogeoquímicos.
–
Es el hábitat de miles de organismos.
–
Actúa como medio filtrante y buffer.
–
Es la fuente de alimentos para la producción de biomasa.
–
Es el lugar donde se desarrollan gran parte de las actividades humanas, como
agricultura, ganadería, actividades forestales, industriales y turísticas.
–
El suelo alberga una herencia cultural, al encontrarse en él tesoros arqueológicos y
paleontológicos, los que son una fuente de información que debe ser mantenida.
12
–
2.2.
Participa en los ciclos del agua, carbono, nitrógeno y fósforo.
CONTAMINACIÓN DEL SUELO CON HIDROCARBUROS
El término contaminación se define en la Ley de Bases del Medio Ambiente (Ley 19.300)
como “la presencia en el ambiente de sustancias, elementos, energía o combinación de ellos, en
concentraciones o concentraciones y permanencia superiores o inferiores, según corresponda, a
las establecidas en la legislación vigente”. No obstante, en Chile no se ha legislado respecto a los
parámetros que indican la calidad de suelos, aunque se entiende por suelo contaminado como
aquel que represente un peligro para la salud humana y el medio ambiente debido a la
concentración de las sustancias presentes.
En particular la presencia de hidrocarburos en el ambiente puede representar un riesgo
para la salud humana, daño ecológico, efectos adversos en la estética del sitio y olores
desagradables. Al modificar las propiedades físico-químicas de estos, se altera la productividad
del sitio, disminuyendo su potencial agrícola, ganadero o forestal, disminuyendo su valor
paisajístico y en consecuencia derivar en una menor tasación comercial.
Una vez ocurrido un derrame de hidrocarburos, estos pueden volatilizarse hacia la
atmósfera, adsorberse sobre las partículas superficiales, disolverse en el agua edáfica o flotar en
ella si son menos densos o ser degradados por microorganismos o químicamente. Además estos
contaminantes pueden llegar a contaminar las aguas subterráneas o superficiales fruto de la
dispersión natural.
2.2.1. EFECTOS SOBRE LAS PROPIEDADES FÍSICO QUÍMICAS
Según un estudio de Martinez3 y López4 los hidrocarburos producen efectos importantes
sobre las propiedades de textura, materia orgánica, densidad real y porosidad sobre el suelo
arcilloso mientras que el pH, conductividad eléctrica y densidad aparente no sufren variaciones
significativas.
3
4
Instituto Mexicano del Petróleo, México, D.F.
Escuela Superior de ingeniería y arquitectura, México, D.F.
13
Además se concluyó que el diesel provoca un fuerte incremento en el contenido de
materia orgánica, mientras que la gasolina y el combustóleo presentan un alza moderada.
2.2.2 EFECTOS EN EL SER HUMANO
Una vez que ha ocurrido un derrame, existen diferentes vías de exposición a estos
contaminantes, entre ellas se pueden mencionar:
-
Contacto dérmico con el suelo contaminado: Afecta al ciclo de nutrientes, invertebrados y
plantas, a niños y adultos.
-
Ingestión del suelo: Los receptores son esencialmente los niños, además puede afectar a
herbívoros y a la vida silvestre en general.
-
Incidencia en aguas superficiales o subterráneas: afecta significativamente la vida acuática, si
el agua contaminada es bebida puede presentar riesgos para la población general.
-
Afecta la producción de carnes o leche.
-
La migración de los contaminantes afectan al ecosistema y a la población en general.
La ingestión de hidrocarburos puede afectar los pulmones, produciendo tos, ahogos,
sibilancias, ronqueras, cianosis, retracción intercostal, taquipnea. Otro sistema afectado es el
gastrointestinal, ya que los hidrocarburos son irritantes de la boca, faringe e intestino, además se
produce malestar general, como naúseas, mareos, vómitos espontáneos, malestar intestinal,
distensión abdominal, eructos y flatulencia. En casos poco frecuentes la ingestión puede causar
daños en el sistema nervioso central, tales como letargia, aturdimiento, estupor o coma.
La aspiración de productos tóxicos daña principalmente el pulmón, el contacto directo
puede producir dermatitis, además la presencia de hidrocarburos poliaromáticos aumenta los
riesgos de cáncer de piel. Se puede mencionar también irritación de los ojos.
Existen también compuestos como el benceno que incrementan la frecuencia de leucemia,
el tolueno que afecta el sistema nervioso, el xileno además de afectar el SNC puede provocar
neumonitis, daño renal y hepático. Por otra parte, los hidrocarburos aromáticos policíclicos
pueden provocar cáncer de piel y de pulmón y el sistema nervioso central.
14
2.2.3. EFECTOS SOBRE LA NATURALEZA Y ECONOMÍA5
-
Alteración de los hábitats naturales (las especies más resistentes toman los espacios dejados
por otrs especies desaparecidas)
-
Efectos físicos en la flora y fauna que pueden llegar a ser letales.
-
La persistencia de una mancha de hidrocarburos limita el paso de la luz y por tanto reduce la
actividad de fotosíntesis de muchas plantas, esto disminuye su función reproductora y la
fijación.
-
Cambios de mayor o menor importancia, según el vertido, en las comunidades y organismos
del área afectada.
-
Cambios en los hábitos de poblaciones migratorias.
-
Contaminación en especies de la cadena alimenticia humana.
-
Pérdida de parajes con valor natural, recreativo o turístico.
2.3.
FUENTES DE CONTAMINACIÓN
Las fuentes de contaminación de suelos por hidrocarburos se deben principalmente a
actividades industriales relacionadas con la explotación, refino, transporte y comercialización de
productos derivados del petróleo. Entre ellos podemos mencionar:
-
Ineficiente gestión ambiental en el pasado en la explotación de yacimientos petrolíferos, antes
de la creación de la Ley de Bases el medio ambiente y el Sistema de Evaluación de Impacto
Ambiental. Esto deja un sin número de pasivos ambientales que hoy en día la Empresa
Nacional del Petróleo intenta cuantificar.
-
Fallas y roturas de oleoductos, los que ocasionan derrames tanto en aguas como en suelo. En
la región de Magallanes ENAP cuenta con 11 ductos, los que transportan petróleo crudo,
combustibles líquidos y gasolina. La capacidad de bombeo total es de 637 m3 por hora.
5
Gonzalo Borrás Carnero, CETMAR
15
Figura 2.4. Mapa de infraestructura de hidrocarburos líquidos, región de Magallanes
Fuente: www.cne.cl
-
Accidentes en el transporte vía terrestre (accidentes de tránsito que pueden generar derrames)
y vía marítimos, donde los contaminantes vertidos en el mar pueden movilizarse hacia la
costa y contaminarlas.
-
Estaciones de servicios: fallas en los ductos o en los tanques de almacenamiento pueden
contaminar los suelos y las aguas subterráneas debido a la difusión de los contaminantes. En
la región existen cerca de 35 estaciones de servicio concentrándose la mayoría en la ciudad de
Punta Arenas.
-
Ineficiente gestión de residuos industriales: el almacenamiento de aceites lubricantes usados,
gasolinas, diesel y otros sin las consideraciones ambientales pertinentes generan un riesgo de
contaminación de suelos, agua y aire, además de un riesgo a la salud de la población.
2.4.
PETRÓLEO CRUDO Y SUS DERIVADOS
2.4.1 CRUDO DE PETRÓLEO
La mayor fuente de hidrocarburos se encuentra precisamente en los yacimientos
petrolíferos de los cuales se extrae crudo de petróleo, gas natural y agua.
16
El crudo de petróleo es un líquido negro, viscoso y con una composición química muy
compleja, en el se pueden encontrar miles de compuestos, principalmente hidrocarburos
(compuestos que contienen carbono e hidrógeno) en una cantidad que varía entre el 50-98% del
total.
La composición elemental de un crudo está condicionada por la predominancia de los
compuestos de tipo hidrocarburo: 84 – 87% de C, 11 – 14% de H, de 0 – 8% de S, 0 – 4% de O y
N y metales como níquel, vanadio y otros.
Los principales componentes se subdividen en las siguientes fracciones:
Fracción
Composición
Saturados
n-alcanos, alcanos de cadena ramificados e isoprenoides,
y cicloparafinas o cicloalcanos, hopanos.
Aromáticos
Hidrocarburos
monoaromáticos,
dicromáticos,
aromáticos policíclicos (HAPs)
Resinas
Agregados de piridinas, quinolinas, carbazoles, tiofenos,
sulfóxidos y amidas.
Asfaltenos
Agregados de HAPs, ácidos nafténicos, sulfuros, ácidos
grasos, metaloporfirinas, fenoles polihidratados.
Tabla 2.2. Composición de las fracciones químicas contenidas en el crudo de petróleo
De las fracciones mencionadas, los hidrocarburos aromáticos son los que producen
mayores impactos en la salud de la población y el medio ambiente. Se les llama aromáticos ya
que muchos compuestos de esta serie tienen olores intensos y casi siempre agradables. El más
sencillo es el benceno, que es el compuesto fundamental de toda la serie aromática, los más
sencillos pueden considerarse derivados de éste, por sustitución de uno o más átomos de
hidrógeno por radicales hidrocarbonatos que pueden ser saturados (metilo, etilo, n-propilo, isopropilo, etc.) o no saturados (etenilo, vinilo, etinilo, etc.). Existen además otros aromáticos que
contienen varios anillos, denominados polinucleares (naftaleno, antraceno, fenantreno, étc.).
17
El crudo de petróleo se somete a tratamientos y procesos con el objeto de obtener
diferentes subproductos, los que se detallan a continuación:
-
Gases: metano, etano, propano y butano. Al propano y butano también se les denomina gases
licuados del petróleo o GLP.
-
Éter de petróleo: contiene principalmente pentanos y hexanos, consiste en una fracción
volátil.
-
Gasolinas y naftas: mezclas formadas por hidrocarburos de cuatro a doce átomos de carbono.
-
Queroseno: se usa como combustibles en algunos motores, como en los aviones. Es una
fracción del petróleo formada por cadenas de 12 a 16 átomos de carbono.
-
Gasoil: Compuestos formados por cadenas de 15 a 18 carbonos, se utiliza para motores diesel
y de calefacción.
-
Fueloils residuales: productos pesados obtenidos de los residuos de la destilación atmosférica.
Se usan en grandes instalaciones, como centrales térmicas.
-
Aceites lubricantes: fracción que contiene entre 16 y 30 carbonos, cuyas propiedades lo hacen
muy útil como lubricante en el mundo de la mecánica.
-
Residuos sólidos: ceras minerales, productos farmacéuticos, alquitranes, betunes y plásticos
para centenares de aplicaciones útiles.
2.4.2. GASOLINA
La gasolina es una mezcla manufacturada que no ocurre naturalmente en el medio
ambiente, es producida a partir del petróleo en el proceso de refinación, físicamente es un líquido
incoloro, pardo pálido o rosado y es sumamente inflamable.
Se trata de una mezcla de cadenas de hidrocarburos que contienen de cinco a nueve
átomos de carbono, de relativa volatilidad, que puede o no contener aditivos, agregados para
producir mejoras en motores de automóviles de combustión interna.
La gasolina concretamente, está compuesta por hidrocarburos isoparafínicos, parafínicos,
olefínicos, nafténicos y aromáticos. Su fórmula química está compuesta por una cadena de siete
carbonos, aunque puede variar en función de su procedencia. La composición química media es:
18
C7,18H13,1O0,1, considerada como la más habitual. La gasolina entonces, contiene un centenar de
estas especies de compuestos y varían desde el butano hasta el metil naftaleno, por lo cual las
características de una gasolina están fuertemente relacionadas con los hidrocarburos que contiene.
2.4.3. GASOIL O DIESEL
Es un combustible líquido de gran calidad obtenido como producto intermedio en la
columna de destilación atmosférica del petróleo. Se ocupa en motores de encendido por
compresión, que siguen el ciclo diesel.
Su composición está dada por una mezcla compleja de hidrocarburos compuesta
principalmente por parafinas y aromáticos, con un contenido de olefinas que alcanza solamente
un pequeño porcentaje del volumen total. Las cadenas de esta mezcla contienen entre 10 y 22
átomos de carbono. La composición media es de C13,15H24,6.
El diesel posee mayor masa molecular, densidad y menor volatilidad que la gasolina, es
un líquido viscoso de un color entre transparente y ligeramente rojizo.
2.4.4. ACEITES LUBRICANTES
Son una mezcla de hidrocarburos parafínicos, nafténicos y aromáticos obtenidos por
destilación de crudos de petróleo o por síntesis a partir de petroquímicos. La variación en la
proporción de los diferentes hidrocarburos en la mezcla determinará sus propiedades físicas y
químicas, sin embrago, estos productos suelen contener entre un 15 y un 25% del volumen total
de aditivos, como antiespumantes, antioxidantes, entre otros, los que mejoran las propiedades en
los motores. La composición promedio de los aceites lubricantes se muestra en la tabla:
Tipo de Sustancia
Hidrocarburos
Porcentaje en peso
Parafinas
Alcanos
45 – 76%
Naftenos
Cicloalcanos
13 – 45%
Aromáticos
Aromáticos
10 – 30%
Aditivos
Antioxidantes
Ditiofosfatos, fenoles, aminas
19
Sulfonatos, fosfonatos, fenolatos (de bario,
Detergentes
magnesio, zinc)
Anticorrosivos
Ditiofosfatos de zinc y bario, sulfonatos
Antiespumantes
Siliconas, polímeros sintéticos
Antisépticos
Alcoholes, fenoles, compuestos clorados
Tabla 2.3. Composición media de los aceites lubricantes
Se estima que los aceites usados representan el 60% de los aceites lubricantes
consumidos, al finalizar su vida útil en el motor estos se han contaminado con agua, partículas
metálicas producto del movimiento y fricción de las piezas, compuestos organometálicos, ácidos
orgánicos e inorgánicos originados por oxidación o del azufre de los combustibles, restos de
aditivos (fenoles, compuestos de zinc, cloro y fósforo), compuestos clorados tales como
disolventes, PCBs y PCTs e hidrocarburos polinucleares aromáticos.
Los compuestos vírgenes pueden contener pequeñas cantidades de PAHs que durante el
funcionamiento del lubricante, por medio de la descomposición de los distintos componentes y
reacciones catalizadas por metales, incrementan su presencia en el aceite usado.
2.5.
SITUACIÓN ACTUAL
La falta de una normativa en Chile que legisle respecto a la calidad de suelos y a los
límites máximos permisibles de contaminantes que debe contener sumado al alto costo de los
tratamientos de remediación y recuperación de suelos contaminados han generado un retraso
respecto a otros países en cuanto a generar conciencia de este problema medioambiental y en la
creación de nuevas tecnologías. Sin embargo, las técnicas de tratamiento han evolucionado a lo
largo del tiempo, y lo que en un principio sólo se contenía o inmovilizaba creando barreras de
contención o cementando, derivo en técnicas de tratamiento que involucraba procesos físicos y
químicos como el lavado de suelos, extracción con solventes, etcétera. Durante los últimos años
la biorremediación ha adquirido gran relevancia, por ser procesos que destruyen los
20
contaminantes y no provocan daños adicionales al medio ambiente. Sus costos son relativamente
bajos aunque requieren mayor tiempo de tratamiento.
Son muchos los paises que ya han legislado respecto a este tema, entre ellos se puede
mencionar a México que a través de la Norma Oficial Mexicana 138 de SERMANAT establece
los límites máximos permisibles de hidrocarburos en suelos y las especificaciones para su
caracterización y remediación. Estos límites se presentan en la siguiente tabla:
Uso de suelo Predominante
Fracción de
Hidrocarburos
Agrícola
Residencial
Industrial
Ligera
200
200
500
Media
1.200
1.200
5.000
Pesada
3.000
3.000
6.000
Tabla 2.4. Límites máximos permisibles para fracciones de hidrocarburos en suelo. Valores en
mg/Kg en base seca. NOM 138- SERMANAT/SS-.2003.
Del mismo modo un estudio científico realizado en Canadá con el objetivo de establecer
cuales son los niveles máximos permisibles de hidrocarburos en el suelo determinó lo siguiente:
-
Fraccion: Se refiere al número de átomos de carbono en las cadenas de hidrocarburos. La
fracción 1 considera de 6 a 10, la fracción 2 mayores de 10 hasta 16, la 3 comprende desde
los 17 hasta 34 y la fracción 4 las cadenas que contengan 35 o más átomos de carbono.
-
La textura de suelo gruesa implica un tamaño de partícula media mayor a los 0,75μm, y la
textura fina a las que el tamaño de partícula media sea igual o menor a 0,75μm.
21
Uso de Suelo
Agrícola
Residencial
Comercial
Industrial
Textura del suelo Fracción 1
Fracción 3
Fracción 3
Fracción 4
Gruesa
130
450
400
2800
Fina
260
900
800
5600
30
150
400
2800
Fina
260
900
800
5600
Gruesa
310
760
1700
3300
Fina
660
1500
2500
6600
Gruesa
310
760
1700
3300
Fina
660
1500
2500
6600
Gruesa
Tabla 2.5. Valores Máximos Permitidos de hidrocarburos en suelos.
Fuente: Canada-Wide standards for Petroleum Hydrocarbons in Soil
La normativa peruana establece como límites máximo de TPHs en el suelo una
concentración de 2.500 mg/Kg y en Estados Unidos existen variaciones para cada uno de los
estados. Una simple revisión de estos antecedentes indica que no hay un criterio unificado sobre
cuales son los niveles que realmente garantizan la protección de la salud humana y el ecosistema,
y que, muchas veces, estas normativas están ligadas a factores tecnológicos o a presiones de
grupos económicos o políticos.
2.6.
TECNOLOGÍAS DE TRATAMIENTO
Actualmente se aplican diversas tecnologías de tratamiento de suelos, estas se clasifican
según el lugar donde se realizan (in situ, cuando el tratamiento es en el lugar y ex situ cuando se
traslada el recurso impactado). Según la estrategia de remediación en destrucción o modificación,
extracción o separación y aislamiento o inmovilización. Según el tipo de tratamiento se
distinguen los biológicos (biorremediación), fisicoquímicos
o térmicos. Cada uno presenta
ventajas y desventajas, y la elección de un método se basa en diversos factores, costos, tiempo,
magnitud, naturaleza del contaminante, tipo de suelo, etc.
22
2.7.
BIODIESEL
El término biodiesel se refiere a los ésteres mono alquílicos de metilo o de etilo obtenidos
de materias primas renovables, como aceites vegetales y/o grasas animales, a través de un
proceso denominado transesterificación. Se trata de un combustible líquido asimilable al diesel o
gasoil.
Los aceites vegetales (oliva, girasol, palma, colza, etc.) están formados por moléculas de
triglicéridos de ácidos grasos (entre 14 y 22 carbonos), mono y triglicéridos, en pequeña
proporción y algunos elementos que se eliminan en el proceso de refinamiento. La composición
del biodiesel puede variar en función de su procedencia, pero se acepta en promedio la siguiente:
C18,7H34,9O2.
Esta mezcla de ésteres a pesar de no tener una composición química similar a la del
gasoil, que son hidrocarburos saturados, por contener oxígeno, tiene unas propiedades físicas
muy similares, lo que hizo pensar que podría utilizarse como sustituto de aquellos, como
combustible e incluso como carburante en motores diesel.
2.7.1. PROCESO DE ELABORACIÓN
Para producir biodiesel a partir de aceite vegetal usado se requiere de un alcohol, que
puede ser etílico o metílico y un catalizador como hidróxido de sodio o hidróxido de potasio. A
partir de una reacción de transesterificación de los glicéridos, donde un éster es convertido a otro,
el aceite reacciona con el alcohol en presencia del catalizador y se obtiene como subproducto
glicerina.
Todos los aceites vegetales poseen una molécula de alcohol pesado, en la
transesterificación se reemplaza dicha molécula por una de alcohol más liviano, cuando la
glicerina es reemplazada por el metanol se obtienen tres moléculas más cortas de ácido graso
metil éster.
23
En conclusión, una molécula de triglicérido, reacciona con tres moléculas de alcohol para
dar tres moléculas de monoésteres y una molécula de glicerina, la reacción se muestra en la
siguiente imagen.
Figura 2.5. Reacción para producir Biodiesel
2.7.2. PROPIEDADES DEL BIODIESEL
Propiedades físicas
-
Peso molecular aproximado: 296
-
Aspecto: amarillo caloro brillante (según aceite utilizado)
-
Punto de inflamación: mayor a 100°C
-
No contiene azufre ni aromáticos
-
Densidad relativa con respecto al agua: entre 0,875 y 0,900
Propiedades medioambientales
-
Los derrames de este combustible en las aguas de ríos y mares resultan menos
contaminantes y letales para la flora y fauna marina que los combustibles fósiles.
-
Volcados al medioambiente se degradan más rápidamente que los petrocombustibles.
-
Es fácilmente biodegradable (90% en 28 días)
-
Es virtualmente no tóxico (LC50 = 332 ppm, 10 veces menos que el diesel)
24
2.8.
FORMULACIÓN DE LA HIPÓTESIS: BIODIESEL COMO RECUPERADOR DE
SUELOS CONTAMINADOS CON HIDROCARBUROS
Los ésteres que componen el biodiesel son sustancias cuyas propiedades podrían ayudar
en la recuperación de sitios impactados con hidrocarburos, con la ventaja de que su liberación en
el medio no produce alteraciones significativas en el ecosistema, como otros solventes y métodos
utilizados, además de presentarse como una alternativa in situ que reduce los costos de operación
y de trasladar o excavar el suelo contaminado, el uso de sustancias residuales como materia prima
también es un factor decisivo, por sus positivas implicancias medioambientales y un menor valor
en su producción.
Una vez que se ha producido un derrame de hidrocarburos, el adicionar biodiesel
facilitaría la remoción ya que:
-
Disuelve los hidrocarburos disminuyendo su viscosidad por la dilución.
-
Extrae las sustancias que se han adherido.
-
Reduce la densidad de los aceites, facilitando su flotación.
-
Rompe emulsiones, separando los aceites como una fase orgánica flotante.
-
Aumenta la biodegradación de los hidrocarburos residuales.
Hipótesis
Considerando todo lo expuesto, la hipótesis formulada es que el biodiesel es una sustancia
cuyas propiedades lo hacen útil en la recuperación de suelos contaminados por hidrocarburos.
25
C A P I T U L O III
INVESTIGACION PROPUESTA
26
INVESTIGACIÓN PROPUESTA
3.1.
NIVEL LABORATORIO
A nivel laboratorio se realizarán una serie de ensayos que permitan calcular el
rendimiento del biodiesel en la remoción de hidrocarburos para diferentes variables,
estableciendo así las condiciones bajo las cuales se obtienen mejores rendimientos con el fin de
desarrollar la experiencia a nivel piloto, esto es, con un suelo real contaminado.
3.1.1. LOCALIZACIÓN
El estudio se realizará en los laboratorios de físico-química de la Facultad de
Ingeniería de la Universidad de Magallanes.
3.1.2. VARIABLES A ESTUDIAR
Se evaluará la eficiencia del biodiesel en la recuperación de suelos contaminados
con hidrocarburos con las siguientes variables:
-
Antigüedad de la contaminación (reciente o antiguo).
-
Tipo de contaminante (diesel, crudo de petróleo, aceite lubricante).
-
Tipo de suelo (arcilloso o mezcla de grava y arena).
3.1.3. METODOLOGÍA
Para lograr los objetivos propuestos se construirán 6 celdas de 0,24x0,14x0,18 m,
donde se colocarán las muestras de suelo, a estas se les vertirá una cantidad conocida de
hidrocarburos con el objeto de crear una contaminación (50.000mg/kg), de cada una de
estas celdas se extraerán dos porciones de aproximadamente un kilogramo cada una, las
cuales serán almacenadas en recipientes de vidrio. La primera de las porciones servirá
para evaluar la atenuación natural de los contaminantes y serán numeradas del 13 al 18. A
la segunda de las porciones se le recreará condiciones de antigüedad, esto se logrará
calentando la muestra con el objeto de que los hidrocarburos más livianos se volatilicen,
estas muestras serán numeradas del 7 al 12. Finalmente el contenido restante de las celdas
serán numeradas del 1 al 6.
27
El detalle de las muestras es el siguiente.
Nº de muestra Tipo de suelo Contaminante Antigüedad Tratamiento
1
Arcilla
Diesel
Reciente
Biodiesel
2
Grava-Arena
Diesel
Reciente
Biodiesel
3
Arcilla
Crudo
Reciente
Biodiesel
4
Grava-Arena
Crudo
Reciente
Biodiesel
5
Arcilla
Aceite
Reciente
Biodiesel
6
Grava-Arena
Aceite
Reciente
Biodiesel
7
Arcilla
Diesel
Antiguo
Biodiesel
8
Grava-Arena
Diesel
Antiguo
Biodiesel
9
Arcilla
Crudo
Antiguo
Biodiesel
10
Grava-Arena
Crudo
Antiguo
Biodiesel
11
Arcilla
Aceite
Antiguo
Biodiesel
12
Grava-Arena
Aceite
Antiguo
Biodiesel
13
Arcilla
Diesel
Reciente
At. Natural
14
Grava-Arena
Diesel
Reciente
At. Natural
15
Arcilla
Crudo
Reciente
At. Natural
16
Grava-Arena
Crudo
Reciente
At. Natural
17
Arcilla
Aceite
Reciente
At. Natural
18
Grava-Arena
Aceite
Reciente
At. Natural
Tabla 3.1: Detalle del contenido de las celdas
Finalmente a las muestras del 1 al 12 se les rociará biodiesel en la misma
proporción que los contaminantes. Periódicamente se analizará el contenido de
hidrocarburos totales de petróleo (THPs) de cada una de las muestras.
28
3.2.
MATERIALES Y MÉTODOS DE ANÁLISIS
Todas las muestras serán tamizadas a 2 mm, los reactivos serán de calidad de análisis y
los análisis a los que serán sometidas las muestras de suelo son:
-
Textura
-
pH
-
Contenido de humedad
-
Determinación de grasas y aceites
-
Determinación de hidrocarburos totales
3.2.1. REACTIVOS
-
Agua destilada
-
Hexano
-
Acetona
-
Sulfato de sodio anhidro
-
Sílica gel, de malla 100 a 200
-
Hidroxido de Sodio
-
Metanol
-
Alcohol isopropílico
-
Fenolftaleína
3.2.2. APARATOS
-
Piseta
-
Espátula
-
Pocillos para pesar
-
Balanza digital
-
Vaso de precipitado 100 mL
-
Agitador magnético y barras de agitación
-
pHímetro
-
Estufa de secado
29
-
Vidrio reloj
-
Balón de destilación de 500 mL
-
Aparato de extracción soxhlet
-
Dedal de extracción
-
Manto calefactor
-
Rotavapor
-
Embudo de vidrio
-
Papel filtro Whatman nº40
-
Perlas de ebullición
-
Lana de vidrio
-
Tamices
-
Matraz aforado 500 mL
-
Matraz Erlenmeyer 250 mL
-
Pipetas totales de 1 y 5 mL
3.2.3. DETERMINACIÓN DE TEXTURA
Para determinar la textura del suelo se hará pasar la muestra por tamices con
diferentes diámetros de poro. Se pesaran cada una de las fracciones, se establecerá así la
cantidad de arcillas (diámetros menores a 2μm), limos (entre 2 μm y 50 μm) y arenas
(diámetros mayores a 50 μm)
3.2.4. DETERMINACIÓN DE PH
La determinación de pH se realizará colocando en un vaso de precipitado de 100
mL una muestra de suelo de 10 gramos y 25 mL de agua destilada. Se agitará la muestra
durante 30 minutos con un agitador magnético y se medirá el pH con un pHímetro.
3.2.5. DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE HUMEDAD
Se colocará una muestra de 5 gramos de suelo en un vidrio reloj previamente
tarado, se secarán en un horno a 105ºC durante 16 horas, se dejará enfriar en un
desecador. El contenido de humedad se determinará por diferencia gravimétrica.
30
3.2.6. DETERMINACIÓN DE ACEITES Y GRASAS
Para la determinación de los aceites y grasas se realizará una extracción soxhlet
usando como referencia el método EPA 3540c: Soxhlet extraction, y posteriormente se
medirá el contenido de aceites y grasas por gravimetría, la referencia utilizada es la
Norma Chilena Oficial 2313 sobre métodos de análisis de aguas residuales, parte 6. El
procedimiento es el siguiente:
-
Se colocan 10 gramos de muestra de suelo y 10 gramos de sulfato de sodio anhidro en
un dedal de extracción. Se coloca en la parte superior una pequeña cantidad de lana de
vidrio para evitar la flotabilidad del suelo. El dedal de extracción debe estar libre de
humedad, para esto previamente se debe secar en una estufa a 103ºC por a lo menos una
hora.
-
Se colocan aproximadamente 300 mL de solvente de extracción (hexano-metano 1:1
v/v) en un balón de destilación de 500 mL que contenga una o dos perlas de ebullición.
-
Se conecta en balón al aparato de extracción soxhlet y se realiza la extracción a una
velocidad de 6 ciclos/h, durante 16 – 24 horas.
-
Se deja enfriar el extracto una vez que la extracción está completa.
-
Se seca el extracto haciéndolo pasar por una columna secadora con aproximadamente
10 cm de sulfato de sodio anhidro.
-
Se transfiere el solvente a un balón redondo seco y previamente pesado, se conecta a un
rotavapor y se destila.
-
Se enfría el balón en desecador por al menos 30 minutos y se pesa. La ganancia en peso
se debe a la presencia de aceites y grasas:
mg de aceites y grasas/kg =
(A - B)
× 1000
m
donde:
A = peso en miligramos del balón más el analito;
B = peso en miligramos del balón;
31
m = masa en miligramos de la muestra inicial de suelo.
3.2.7. DETERMINACIÓN DE HIDROCARBUROS TOTALES
El método de determinación de hidrocarburos totales está basado en la Norma
Chilena Oficial 2323 sobre análisis de aguas residuales, parte 7 y consiste en la
redisolución con solvente hexano del residuo de grasas, aceites e hidrocarburos presentes
en el extracto obtenido para la determinación gravimétrica de estas sustancias.
El procedimiento es el siguiente:
-
Una vez pesado el balón con extracto resultante del método de análisis de grasas y
aceites se redisuelve el extracto utilizando aproximadamente 100 mL de hexano.
-
Para muestras con bajo contenido de grasas y aceites (< 100 mg) se agregan 3,0
gramos de sílica gel al balón.
-
Para un mayor contenido de grasas y aceites, se debe agregar sílica gel
proporcionalmente al peso de estas sustancias.
-
Se introduce una barra magnética de agitación, se tapa el balón y se agita durante
5 minutos en agitador magnético.
-
Se filtra la solución a través de papel filtro tipo Whatman nº40 a un balón
previamente pesado y se lava la sílica gel y el filtro con 10 mL de solvente.
-
Se conecta el balón a un rota vapor y se destila el solvente.
-
Se deja enfriar en desecadora por al menos 30 minutos y se pesa. La ganancia en
peso se debe a la presencia de hidrocarburos fijos:
mg de hidrocarburos fijos/kg =
(A - B)
× 1000
m
donde:
A = peso en miligramos del balón más el analito;
B = peso en miligramos del balón;
m = masa en miligramos de la muestra inicial de suelo.
32
3.3.
PRODUCCIÓN DE BIODIESEL
Se producirá en el laboratorio biodiesel a partir de aceite vegetal usado para frituras según
el método de Dick Carlstein y con los parámetros de temperatura, cantidad de catalizador y
cantidad de alcohol que resultaron más eficientes en un estudio sobre el tema6.
3.3.1. PREPARACIÓN DE LA MATERIA PRIMA
Para producir biodiesel a partir de aceite vegetal usado (AVU) este debe estar libre
de impurezas, por esto debe ser filtrado con una tela y luego con un filtro más fino.
Posteriormente se debe eliminar el agua presente en el aceite, calentando hasta 100ºC y
manteniendo la temperatura mientras el agua se evapora. Se debe agitar constantemente
para evitar que se formen burbujas de vapor que pueden provocar que salpique el aceite
caliente. Una vez que comienza a salir menos vapor puede aumentarse la temperatura a
130ºC durante 10 minutos.
3.3.2. VALORACIÓN
Se realiza una valoración con hidroxido de sodio para determinar la cantidad de
acidos grasos libres en el aceite de cocina, a partir de este dato se determinará la cantidad
de catalizador necesaria para llevar a cabo la transesterificación. El proceso es el
siguiente:
Se prepara una solución de hidroxido de sodio 0,1% (1 gramo de NaOH en un litro de
agua destilada).
En un matraz Erlenmeyer se mezcla 1 mL de aceite con 9 mL de alcohol isopropílico
y se agita hasta que se mezclen los componentes (puede someterse también a baño
maría).
Se agregan al matraz 2 gotas de fenolftaleina. Si aparece un tono rosado se da por
terminada la valoración, pues nos indica que la mezcla no es ácida y que no
necesita más que el mínimo de catalizador.
6
Bahamonde A., D. F. 2005. Producción de biodiesel a partir del aceite vegetal usado. Tesis de Ingeniero de
ejecución en química. Punta Arenas, Universidad de Magallanes, Facultad de Ingeniería.
33
Si la solución no cambia de color se debe comenzar la valoración, para esto se debe ir
agregando de a 1 mL la solución de NaOH 0,1% e ir verificando el cambio de
color.
Cada mL agregado de solución será igual a la cantidad de catalizador en grs que se
debe agregar a la cantidad mínima de éste (3,5 grs).
Si la cantidad de mL de la solución de NaOH supera los 4 mL se debe pre-neutralizar.
3.3.3. PRE-NEUTRALIZADO
Se agrega un volumen de solución a 60ºC de NaOH al 2% igual a la mitad del
volumen del aceite a lavar.
Se agita suavemente durante 5 minutos.
Se deja decantar durante 1 día.
Se separa por sifón el aceite, el que deberá ser secado bien antes de ser usado.
3.3.4. ELABORACIÓN
Se calienta el aceite a la temperatura óptima de reacción: 50ºC
Se pesa la cantidad de catalizador calculada mediante la valoración más un 10% de
exceso (grs NaOH = (3,5(mín)+ nº de mL de la valoración)x0,1).
Se mide la cantidad de metanol que se ocupará, 200 mL de metanol por cada 1000 mL
de aceite vegetal usado.
Se forma metóxido de sodio, para esto se agrega gradualmente el hidróxido de sodio al
metanol, bajo campana y manteniendo una agitación continua. Se debe disolver
todo el NaOH, de lo contrario este permanecerá hasta el final de la reacción.
Se mezcla el metóxido de sodio con el aceite y se agita durante 1 hora con
calentamiento.
Se deja reposar la mezcla durante por lo menos 8 horas, se producirá una separación
de fases, abajo la glicerina que es de un color café oscuro y arriba el biodiesel de
color miel. Si la glicerina se solidifica antes de separar las fases se debe calentar
por sobre los 38ºC.
34
Se separan el biodiesel de la glicerina.
3.3.5. LAVADO
Una vez que se ha producido biodiesel puede ser necesario efectuar un lavado para
neutralizar el pH si ha quedado un exceso de hidróxido de sodio. El método consiste en
agregar 1/3 del volumen del biodiesel a lavar con una solución de ácido acético con un pH
suficientemente básico como para lograr un biodiesel neutro y burbujear con aire la
solución durante al menos 24 horas, luego se deberá dejar reposar para que el agua se
deposite en el fondo y finalmente separar las fases.
Finalmente se obtiene un producto más cristalino y con un pH adecuado.
35
C A P I T U L O IV
DATOS Y RESULTADOS
36
DATOS Y RESULTADOS
Para facilitar el análisis de los resultados obtenidos, estos se presentan en distintos
gráficos según contaminante, antigüedad y tipo de suelo afectado. Las tablas con los resultados
específicos se encuentran en el Anexo C.
RESULTADOS SEGÚN TIPO DE SUELO AFECTADO
4.1.
Gráfico Comparativo Derrames en Arcilla
100
95
90
85
Reciente Diesel 1
Reciente Aceite 3
Porcentaje
80
75
Reciente Crudo 5
Antiguo Diesel 7
Antiguo Aceite 9
70
Antiguo Crudo 11
At. Nat. Diesel 13
At. Nat. Aceite 15
At. Nat. Crudo 17
65
60
55
50
0
14
28
Días
Figura 4.1: Resultados derrames en arcilla
42
37
Gráfico Comparativo Derrames en Arena
95
Porcentaje
85
75
Reciente Diesel 2
Reciente Aceite 4
65
Reciente Crudo 6
Antiguo Diesel 8
Antiguo Aceite 10
Antiguo Crudo 12
At. Nat. Diesel 14
55
At. Nat. Aceite 16
At. Nat. Crudo 18
45
35
25
0
14
28
42
Días
Figura 4.2: Resultados derrames en arena
RESULTADOS SEGÚN CONTAMINANTE
4.2.
Gráfico Comparativo Derrames de Diesel
95
85
Porcentaje
75
Arcilla Reciente
Arena Reciente
65
Arcilla Antiguo
Arena Antiguo
Arcilla At. Nat.
Arena At. Nat.
55
45
35
25
0
14
28
Días
Figura 4.3: Resultados derrames de diesel
42
38
Gráfico Comparativo Derrames con Aceite
100
90
80
Porcentaje
Arcilla Reciente
Arena Reciente
Arcilla Antiguo
70
Arena Antiguo
Arcilla At. Nat.
Arena At. Nat.
60
50
40
0
14
28
42
Días
Figura 4.4: Resultados derrames de aceite lubricante usado
Gráfico Comparativo Derrames con Crudo
95
Porcentaje
85
Arcilla Reciente
Arena Reciente
75
Arcilla Antiguo
Arena Antiguo
Arcilla At. Nat.
Arena At. Nat.
65
55
45
0
14
28
Días
Figura 4.5: Resultados derrames de crudo de petróleo
42
39
RESULTADOS SEGÚN ANTIGÜEDAD DEL DERRAME
4.3.
Gráfico Comparativo Derrames Recientes
95
85
Porcentaje
75
Arcilla Diesel
Arena Diesel
65
Arcilla Aceite
Arena Aceite
Arcilla Crudo
Arena Crudo
55
45
35
25
0
14
28
42
Días
Figura 4.6: Resultados derrames recientes
Gráfico Comparativo Derrames Antiguos
100
95
90
Porcentaje
85
Arcilla Diesel
Arena Diesel
Arcilla Aceite
Arena Aceite
80
Arcilla Crudo
Arena Crudo
75
70
65
60
0
14
28
Días
Gráfico 4.7: Resultados derrames antiguos
42
40
4.4.
RESULTADOS GENERALES
A partir de los datos representados en los gráficos del 4.1. al 4.7. se construye el siguiente
el siguiente, el cual muestra el porcentaje de TPHs que persisten en las muestras según los
análisis efectuados el día 42.
Porcentaje de TPHs al día 42
100
90
70
60
50
40
30
20
10
C1
0
RE
DI
GR
RE
DI
AR
RE
AC
GR
RE
AC
AR
RE
CR
GR
RE
CR
AR
AN
DI
GR
AN
DI
AR
AN
AC
GR
AN
AC
AR
AN
CR
GR
AN AT. NAT. NAT. NAT. NAT. NAT. N
DI AC AC CR CR
CR DI
AR GR AR GR AR GR AR
Tipo Muestra
Figura 4.8: Porcentaje de hidrocarburos al día 42.
Porcentaje [%]
80
41
CAPITULO V
ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS
42
ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS
5.1.
ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS SEGÚN LA TEXTURA DEL SUELO
Al analizar los resultados obtenidos se observa que las muestras de suelo arenoso
presentaron una mayor disminución de hidrocarburos totales en todas las muestras,
específicamente para muestras recientes se logra eliminar entre un 50 – 70% de los TPHs
iniciales mientras que para las muestras en arcillas los porcentajes variaron entre un 40- 50%.
También para derrames antiguos se obtuvo mejor rendimiento en arena (25 – 35%) que en arcilla
(20 – 30%).
5.2.
ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS SEGÚN EL CONTAMINANTE
El contaminante con el que se obtuvo mejores resultados fue con diesel, llegando a 70%
de remoción en arena y 47% en arcilla para derrames recientes. Para derrames antiguos también
dio mejores resultados en arena (29%) que en arcilla (20%).
El aceite lubricante para automóviles usado fue el contaminante que logró un menor
índice de remoción en todos los casos, logrando mejores resultados para derrames recientes y en
textura arenosa.
Las muestras contaminadas con crudo lograron un porcentaje máximo de remoción de un
50% en el caso de un derrame reciente en muestras de arena y el más bajo de 27% para un
derrame antiguo en arcilla.
5.3.
ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS SEGÚN LA ANTIGÜEDAD DEL DERRAME
Para derrames recientes de hidrocarburos se observa que la mayoría se encuentran en un
rango de remoción entre 43 – 50% salvo las muestras en arena de aceite (50%) y el diesel muy
lejano del resto con un porcentaje de hidrocarburos totales removidos de 70%.
Para derrames con mayor antigüedad los porcentajes varían desde un 25 a un 30%, con
excepción de la muestra de crudo en arena que logra un porcentaje mayor (35%) y un escaso 20%
de la muestra de arcilla contaminada con aceite.
43
5.4.
ANÁLISIS GENERAL
En general los resultados indican que se logran mayores índices de remoción de
hidrocarburos en suelos con un mayor tamaño de partículas, en este caso arenas, esto podría
deberse a que existe mayor espacio entre los granos que permiten una mejor interacción entre el
contaminante y el biodiesel. También se obtienen resultados mejores para el diesel y para
derrames recientes lo cual indica que el rendimiento es mejor para fracciones livianas de
hidrocarburos, lo cual se reafirma en el hecho que para las muestras antiguas no hubo grandes
variaciones entre las muestras, ya que la fracción más volátil había sido eliminada con el
calentamiento de las muestras.
5.5.
DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS
A través de los resultados obtenidos se ha demostrado que al adicionar biodiesel en suelos
contaminados con hidrocarburos se logra facilitar el proceso de remoción y recuperación, dado
que en un plazo de 42 días en todos los casos el porcentaje de remoción de hidrocarburos fue
mayor que en las muestras en las que no se aplico el recuperador, sin embargo, los resultados no
resultan satisfactorios si se considera sólo este método como tratamiento, salvo en el caso de
derrames de diesel en suelos arenosos. Esta técnica podría utilizarse como una medida de
mitigación apenas ocurriese un derrame, mientras se pone en marcha una solución definitiva.
Otros parámetros que pueden influir en los resultados de la técnica y que no han sido
considerados en este estudio son el factor temperatura ya que el biodiesel se vuelve muy viscoso
a temperaturas bajas lo cual podría dificultar su contacto entre las partículas del suelo con el
contaminante, lo que disminuiría su efectividad en la región en época de invierno y la proporción
de biodiesel – contaminante que proporciona mejores resultados.
44
C A P I T U L O VI
CONCLUSIONES
45
De acuerdo a los objetivos planteados en este trabajo de título se concluye que:
1. Adicionar biodiesel a suelos contaminados con hidrocarburos facilita la degradación de
los contaminantes.
2. Los mejores resultados según textura se obtienen para suelos del tipo arenoso.
3. Las muestras contaminadas con diesel son las que presentan un mayor porcentaje de
remoción, seguido por el crudo de petróleo, y el aceite lubricante es el que proporciona
peores resultados en esta técnica.
4. En todos los casos las muestras recientes logran una mayor degradación de los
contaminantes que las muestras que fueron sometidas a calentamiento para simular
antigüedad.
5. Del estudio de los parámetros antigüedad, tipo de contaminante y textura de suelo se
concluye que el biodiesel es más efectivo para suelos con tamaño grande de partículas,
cuyo espacio entre poros facilite el contacto entre el contaminante y el agente
recuperador. Por otra parte, también es más efectivo para combatir fracciones livianas de
hidrocarburos, lo cual queda demostrado por los resultados obtenidos con el diesel, y
considerando que los derrames recientes disminuyeron en mayor proporción que los
antiguos, y que en éstos últimos no hubo una diferencia notable entre las muestras.
6. Los resultados obtenidos son satisfactorios, sin embargo, los porcentajes de remoción
alcanzados no superan a otras técnicas o a otros productos utilizados, por lo cual podría
considerarse como una medida de mitigación una vez ocurrido un derrame y no como la
solución definitiva a este, salvo en el caso de derrames de diesel en arena.
7. Un posterior estudio del tema debería incluir parámetros como la temperatura y la
proporción biodiesel – contaminante que sea más eficiente.
46
BIBLIOGRAFÍA
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Trabajo de título para Ingeniero de Ejecución en Química. Punta Arenas. Universidad de
Magallanes. Facultad de Ingeniería
2. BARRAZA C., R. E. 2005. Degradación de biodiesel y diversidad bacteriana en suelos
arenosos de una zona industrial. Tesis de Maestro en Ciencias en Biología. Mayagüez.
Universidad de Puerto Rico. Recinto Universitario de Mayagüez.
3. BRISSIO, P. A. 2005. Evaluación preliminar del estado de contaminación en suelos de la
provincia de Neuquén donde se efectúan actividades de explotación hidrocarburífera.
Tesis de Licenciado en Saneamiento y Protección Ambiental. Neuquén. Universidad
Nacional del Comahue. Escuela Superior de Salud y Ambiente.
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E. “et al”.
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Universidad de Chile. Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas.
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ugr.es/conta/tema10/degra.htm#anchor1196071 [Consulta: 06 de marzo 2006]
47
10. EMPRESA NACIONAL DEL PETRÓLEO. www.enap.cl/opensite_20051005034435.a
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11. EPA. 1996. Guía del ciudadano: La extracción con solventes. Estados Unidos. Oficina de
Innovaciones Tecnológicas.
12. JOURNEY TO FOREVER. www.journeytoforever.org/biodiesel.htm. [Consulta: 06 de
marzo 2006]
13. MARTINEZ, V. E. y LOPEZ S., F. 2001. Efecto de hidrocarburos en las propiedades
físicas y químicas de suelo arcilloso. Publicado en Terra 19: 9 – 17.
14. MELGAREJO D., J. A. 2005. Validación de tres métodos “in situ” de suelos
contaminados con hidrocarburos en la región de Magallanes y Antártica Chilena. Tesis de
Ingeniero de Ejecución Agropecuario. Punta Arenas. Universidad de Magallanes.
Facultad de Ciencias.
15. MÉXICO. SEMARNAT. NOM – 138 – SEMARNAT/SS-2003: Límites máximos
permisibles de hidrocarburos en suelos y las especificaciones para su caracterización y
remediación.
16. SAEZ M., C. 1995. Fertilidad de los suelos de la región de Magallanes. Punta Arenas.
Universidad de Magallanes.
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13 de febrero 2006]
18. TOTAL PETROLEUM HYDROCARBON CRITERIA WORKING. 1998. Análisis of
Petroleum Hydrocarbons in Environmental Media. Total Petroleum Hydrocarbon Criteria
Working Group Series. Massachussets. Estados Unidos. 58p.
19. TOTAL PETROLEUM HYDROCARBON CRITERIA WORKING. 1998. Human health
risk-based evaluation of petroleum contaminated sites: Implementation of the working
group approach. Total Petroleum Hydrocarbon Criteria Working Group Series.
Massachussets. Estados Unidos. 71 p.
48
20. VIÑAS C., M. 2005. Biorremediación de suelos contaminados por hidrocarburos:
caracterización microbiológica, química y ecotoxicológica. Memoria de Doctor en
Biología. Barcelona. Universitat de Barcelona. Facultat de Biología.
49
ANEXOS
50
ANEXO A: PRUEBAS PRELIMINARES
A.1.
DETERMINACIÓN DEL TIEMPO ÓPTIMO DE EXTRACCIÓN
Para analizar el contenido de hidrocarburos totales, aceites y grasas de una muestra de
suelo es necesario extraer el contaminante, el procedimiento utilizado es una extracción con
aparato soxhlet que se encuentra normado por la Environmental Protection Agency de los Estados
Unidos (Método EPA 3540c, Soxhlet extraction). En esta norma se establece que el período que
las muestras deben ser extraídas es de 16 a 24 horas lo cual genera una situación de riesgo en el
laboratorio que sólo permanece abierto 10 horas al día.
Considerando que las muestras que se analizarán en éste trabajo en particular son matrices
muy simples se va a estudiar el tiempo necesario para que el analito sea extraído completamente.
Para esto se medirá el contenido de aceites y grasas extraídos a distintos intervalos de tiempo.
Para la evaluación se tomará una muestra de suelo de granulometría fina, dado que éstas
debieran ser las más difíciles de extraer. Se pesará 1 kg de suelo y se contaminará con 50 grs de
diesel, la mezcla será bien homogeneizada y de ella se tomarán 4 muestras de 10 gramos cada
una. La cantidad de horas que las muestras serán extraídas son:
Tiempo de Extracción
Hora de Inicio
Hora de Término
Muestra 1
6 horas
10:00
16:00
Muestra 2
9 horas
10:00
19:00
Muestra 3
16 horas
18:00
10:00
Muestra 4
24 horas
10:00
10:00
Tabla A.1.: Detalle de Tratamiento de muestras preliminares
51
A.1.1. MATERIALES Y REACTIVOS
-
Aparato de extracción soxhlet (3 ó 4)
-
Balones de destilación 500 mL (3 ó 4)
-
Balones para rotavapor 100 mL
-
Embudos de Vidrio (2)
-
Pocillos para pesar (4)
-
Papel filtro Whatman nº40 (4)
-
Sulfato de sodio anhidro Na2SO4
-
Hexano
-
Acetona
-
Sílica gel
A.1.2. DATOS Y RESULTADOS
Se midió en primera instancia la concentración de aceites y grasas para la misma muestra,
con distintos tiempos de extracción, los resultados se indican en la siguiente gráfica:
mg/Kg
40000
30000
20000
10000
0
4
8
16
24
Horas
Figura A.1. Concentración de Aceites y grasas de la muestra preliminar para distintos tiempos de
extracción.
Con estos resultados se decidió realizar un análisis de hidrocarburos totales de petróleo a las
muestras extraídas durante 8 y 24 horas y añadir una tercera muestra que se extrajo durante seis
horas, los resultados fueron los siguientes:
52
mg/Kg
40000
30000
20000
10000
0
6
8
24
Horas
Figura I.2. Concentración de TPHs para distintos tiempos de extracción
A.1.3. CONCLUSIONES
Se considera que un tiempo de extracción de 6 horas es óptimo para el tipo de matriz que
se está analizando.
A.2.
CONCENTRACIÓN DE TPHs PARA DISTINTAS MUESTRAS
Se analizó el efecto sobre la concentración de los hidrocarburos totales de petróleo para el
suelo en tres distintas condiciones, estas son:
S1: Muestra de suelo sin contaminar.
S2: Muestra de suelo contaminado con diesel
S3: Muestra de suelo contaminado con diesel y con adición de biodiesel.
Los resultados obtenidos son:
mg/Kg
50000
40000
30000
20000
10000
0
S1
S2
S3
Figura A.3. Concentración de TPHs para distintas condiciones de suelo.
Como se observa en la gráfica el suelo sin contaminar presenta una pequeña cantidad de
TPHs, los cuales son los niveles de referencia, la adición del biodiesel presenta en primera
instancia un incremento en la cantidad de hidrocarburos presentes.
53
A.3.
ANÁLISIS DE OTRAS PROPIEDADES
Al contaminar con diesel la muestra de suelo se observa inmediatamente un cambio de
color, de olor y de estructura, así, en la siguiente foto se muestra en el lado izquierdo la muestra
de suelo limpia, y en el lado derecho la muestra de suelo contaminada con diesel.
Figura A.4. Muestra de suelo limpia vs. Muestra de suelo contaminado
Se realizó una determinación de pH, no encontrando grandes diferencias para la muestra
de suelo limpio y la muestra de suelo contaminado. (8,23 y 8, 12 respectivamente)
La determinación de humedad, presentó los siguientes resultados:
%p
15
10
5
0
S1
S2
S3
Figura A.5. Porcentaje de humedad para las distintas condiciones
Se puede observar un aumento en el porcentaje de humedad en las muestras donde se
adicionaron sustancias líquidas. A continuación se presenta una imagen que muestra los
cambios que se producen al contaminar el suelo con diesel, y la mejora al adicionar biodiesel.
54
Figura I.6. derecha: S1, centro: S2. izquierda S3.
Se observa que después de agregar biodiesel a la muestra contaminada, el color vuelve a
su condición preliminar, sin embargo, estructuralmente aún se muestran agregados de suelo, cabe
destacar, que las muestras fueron sometidas a 105°C durante 16 horas, para medir el porcentaje
de humedad, lo que podría asimilarse al efecto del biodiesel en un período más largo de tiempo.
55
ANEXO B: PREPARACIÓN DE BIODIESEL DE ACEITE VEGETAL USADO A
ESCALA DE LABORATORIO
A partir de 5 litros de aceite vegetal de cocina usado para frituras se preparó
biodiesel según el procedimiento indicado en el capítulo 3.3. en el reactor ubicado en el
laboratorio de operaciones unitarias de la Universidad de Magallanes.
La valoración de ácidos grasos requirió 2 mL de solución de hidróxido de sodio
0,1%, por lo que para la preparación de metóxido de sodio se utilizaron 1000 mL de
metanol (20% en volumen del total de aceite) y 28 gramos de hidróxido de sodio.
La reacción se realizó a 50°C con agitación durante 1 hora y se dejó reposar por un
día, al cabo de este tiempo se ha separado la glicerina del biodiesel obteniendo
aproximadamente 1100 mL de glicerina y 4300 mL de biodiesel.
El biodiesel producido tiene una densidad de y un pH = 9, en estas condiciones es
necesario efectuar un lavado con una solución de ácido acético y burbujas de aire por 24
horas. Posteriormente la mezcla se deja decantar por varios días.
Figura B.1: Eliminación de agua del aceite.
Figura B.2: Reactor utilizado.
Figura B.3: Preparación de metóxido de
sodio
Figura B.4: Glicerina (izq) Biodiesel (der)
56
Figura B.5: Aspecto del biodiesel en el
lavado
Figura B.6: Separación de fases después del
lavado
Finalmente se obtuvo biodiesel de aspecto cristalino y propiedades adecuadas para la
realización del estudio.
Figura B.7: Biodiesel terminado
57
58
59
60
61
ANEXO D: RESULTADOS DE OTROS ESTUDIOS
D.1.
ESTUDIO DE LA BIODEGRADACIÓN DE MEZCLAS DE BIODIESEL CON
ALGUNOS COMBUSTIBLES DE ORIGEN FÓSIL1.
Parte de este trabajo consistió en el análisis de la evolución de la biodegradación de
las mezclas de biodiesel con combustibles de origen fósil (petróleo crudo, diesel y
gasolina). Se realizaron mezclas de biodiesel con dichos combustibles en diferentes
proporciones, determinando en cada caso las propiedades físicas de las mezclas (densidad y
viscosidad). La biodegradación se determinó mediante el método de evolución de CO2. En
todos los casos, los efectos sinérgicos fueron positivos indicando la presencia de
cometabolismo. Se demostró por tanto que el biodiesel incrementa la biodegradabilidad de
los tres combustibles fósiles examinados, permitiendo de ese modo su utilización en el
tratamiento de derrames de los mismos.
Figura D.1.: Biodegradación de distintos tipos de biodiesel
1
PASQUALINO, J. C. 2006. Cynara Cardunculus as an alternative crop for biodiesel production. Tesis para
título de Doctor en Ingeniería Química. Tarragona. España. Departamento de Ingeniería Química. Universitat
Rovira i Virgili.
62
Figura D.2.: Biodegradación mezclas biodiesel-crudo de petróleo
Figura D.3.: Biodegradación mezclas biodiesel-crudo de petróleo
63
Figura D.4.: Biodegradación de mezclas biodiesel-diesel
Figura D.5.: Biodegradación de mezclas biodiesel-gasolina
D.2.
DEGRADACIÓN DE BIODIESEL Y DIVERSIDAD BACTERIANA EN
SUELOS ARENOSOS DE UNA ZONA INDUSTRIAL2.
En este estudio se encontró que la mineralización de la mezcla diesel (2000 mg/Kg)
con biodiesel (1750 mg/Kg) es cuatro veces mayor que la obtenida en el suelo contaminado
2
BARRAZA C., R.E. 2005. Degradación de biodiesel y diversidad bacteriana en suelos arenosos de una zona
industrial. Tesis para título de Maestro en Ciencias en Biología. Puerto Rico. Universidad de Puerto Rico.
Recinto universitario de Mayagüez.
64
con diesel puro (1500 mg(Kg). En éste, la velocidad de mineralización fue dos veces
mayor. Aunque el CO2 producido en este sistema corresponda a la mineralización de ambos
combustibles, se puede apreciar que la mezcla no tiene efecto negativo en la mineralización
del diesel ni el biodiesel. Este efecto también puede evidenciarse por la remoción de TPH
investigada a los 41 días de tratamiento en el cual se observó una disminución de diesel del
57% cuando fue adicionado en estado puro al suelo y 69% cuando se adicionó en mezcla
con biodiesel.
ANEXO C: TABLA DE DATOS Y RESULTADOS
Número de
muestra
Fecha de
análisis
2
2
1
1
3
4
3
4
5
6
5
6
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
6
6
1
1
2
2
3
3
4
05-12-06
05-12-06
05-12-06
05-12-06
06-12-06
06-12-06
06-12-06
06-12-06
07-12-06
07-12-06
07-12-06
07-12-06
19-12-06
19-12-06
19-12-06
19-12-06
21-12-06
21-12-06
21-12-06
21-12-06
22-12-06
22-12-06
22-12-06
22-12-06
03-01-07
03-01-07
03-01-07
03-01-07
04-01-07
04-01-07
04-01-07
Peso de la
muestra
10,0681
10,1414
10,6112
11,5484
10,0969
10,3021
10,1574
10,2666
10,7301
10,0577
10,0668
10,0895
10,0712
10,2032
10,2206
10,0539
10,2545
10,1436
10,1808
10,0024
10,4917
10,0915
9,9689
10,3934
10,0174
10,6259
10,2840
10,1921
10,2849
10,2834
9,9168
Peso del
balón
58,4129
58,4110
58,4094
58,4162
58,5099
50,5079
58,5040
58,5081
58,5124
58,5103
58,5054
58,5105
58,5085
58,5082
58,5042
58,5096
58,4112
58,5216
58,4245
58,5159
58,4132
58,5121
58,4161
58,4127
58,5110
58,4172
58,4119
58,4136
58,5097
58,4121
58,4168
Peso balón
más extracto
58,9721
59,5668
59,7519
59,3605
59,7030
59,5539
59,9831
59,7959
59,3377
59,4783
59,9640
59,8011
59,1423
59,2290
58,9056
59,8935
58,7571
59,2954
59,2249
59,1873
59,0317
59,4219
59,2708
58,9210
58,9538
59,1843
58,8886
58,6904
59,4098
59,2207
59,3387
Contenido de Concentración
aceites
de aceites
559,2
1155,8
1342,5
944,3
1193,1
904,6
1479,1
1287,8
825,3
968,0
1458,6
1290,6
633,8
720,8
401,4
1383,9
345,9
773,8
800,4
671,4
618,5
909,8
854,7
508,3
442,8
767,1
476,7
276,8
900,1
808,6
921,9
55542
113968
126517
81769
118165
878073
145618
125436
76914
96245
144892
127915
62932
70645
39274
137648
33732
76285
78619
67124
64888
91810
85202
52827
44356
81507
49024
28209
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91419
Peso del
balón
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58,5105
58,5106
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58,5104
Peso balón
más extracto
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58,7729
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58,5983
58,9476
59,1764
58,9178
Contenido de Concentración
hidrocarburos
de TPHs
335,0
441,3
475,8
788,1
1009,4
947,4
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447,4
553,4
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326,0
363,1
178,1
84,0
534,0
659,9
407,4
33273
43515
44839
68243
99971
91962
91874
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59748
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5039
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57
4
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5
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6
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1
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2
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8
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10
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11
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12
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8
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9
04-01-07
08-01-07
08-01-07
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15-01-07
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13-02-07
13-02-07
13-02-07
22-02-07
22-02-07
22-02-07
22-02-07
26-02-07
26-02-07
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10,0173
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10,2759
10,2810
10,0819
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10,8921
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9,5555
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10,0705
9,7180
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11,7538
9,5252
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58,5108
58,4152
58,4133
58,4141
58,5101
58,5117
58,4128
58,5200
58,4163
58,4155
58,5087
58,5176
58,4123
58,4156
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58,5242
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58,4151
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58,5172
58,4110
58,4169
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59,5197
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59,0223
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630,6
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559,0
592,9
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1223,8
1230,7
860,8
997,0
1278,4
1221,5
1108,8
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960,1
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87548
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66649
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59779
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61059
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94545
117610
116938
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93727
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16
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17
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18
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10,6393
10,6830
9,0589
10,5670
9,9742
58,5022
58,4110
58,5090
58,4124
58,5001
58,4133
58,5192
59,7533
59,0799
59,2998
59,3238
59,7838
59,2400
59,2188
1251,1
669,0
790,8
911,4
1283,7
826,7
699,6
131424
75611
84136
97360
116285
87354
69775
58,4165
58,5034
58,5140
58,4175
58,5053
58,4191
58,5005
59,2727
59,0811
59,2148
58,9943
59,2390
59,0081
58,7707
856,3
577,8
700,7
576,8
733,7
588,9
270,3
89945
65301
74552
61619
66463
62234
26958
Tabla C.1.: Datos y Resultados análisis de laboratorio
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