Biodegradacion de desechos del refinamiento del petroleo a b

UNIVERSIDAD EARTH
Biodegradación de Desechos del Refinamiento del Petróleo a Base de
Microorganismos Eficientes (EM)
Maximiliano Gurdián Portocarrero
Tania Johanning Villegas
Trabajo de Graduación presentado como requisito parcial para optar al título
de Ingeniero(a) Agrónomo(a) con el grado de Licenciatura
Guácimo, Costa Rica
Diciembre, 2002
Trabajo de Graduación presentado como requisito parcial para optar al título de
Ingeniero(a) Agrónomo(a) con el grado de Licenciatura
Profesor Asesor
Carlos E. Hernández, Ph.D.
Profesor Coasesor
Shuichi Okumoto, Ph.D.
Decano
Daniel Sherrard, Ph.D.
Candidato(a)
Tania Johanning Villegas
Candidato(a)
Maximiliano Gurdián Portocarrero
Diciembre, 2002
ii
DEDICATORIA
A mi madre por todo el apoyo y confianza que me ha brindado en la vida.
Tania Johanning.
A Dios y mi familia por brindarme la oportunidad de crecer. También a todos
los hombres que en una ocasión, el científico costarricense Clodomiro Picado
Twight describiera con pocas pero importantes palabras:
“Son quienes como yo, nada tenemos que perder al decir lo que pensamos
porque nada de lo que pueda sobrevenirnos logrará intimidarnos, porque estamos
preparados para todo, menos para el silencio-cuando ese silencio es peor que la
muerta-los que gozamos de esa libertad de prensa, decirnos lo que en nuestro
espíritu sugieren los acontecimientos de cualquier punto de la tierra, porque la
humanidad pertenece a todo el hombre que sea capaz de vivir la vida conforme a
su propia conciencia”
Maximiliano Gurdián
iii
AGRADECIMIENTO
Al personal de RECOPE que colaboró con nosotros y en especial al señor
Fernando Bourrouet, funcionario del departamento de Calidad de RECOPE en
Limón, por su atenta disposición a ayudarnos durante todo el proceso del
proyecto.
También agradecemos a los profesores Shuichi Okumoto y Carlos
Hernández de EARTH por la ayuda y asesoramiento durante la ejecución del
proyecto. Así como al Comité de Investigación de EARTH y RECOPE como
institución, por el apoyo financiero brindado.
Los autores
iv
RESUMEN
Los desechos provenientes del refinamiento del petróleo son considerados
peligrosos por los efectos negativos que causan en el ambiente y ser humano. La
incorrecta disposición de los hidrocarburos de desecho puede contaminar cuerpos
de aguas, aguas subterráneas, causar incendios, contaminar suelos y la muerte
de flora y fauna. En el mercado existen alternativas para el tratamiento de estos
desechos. Sin embargo, la mayoría de estos tratamientos son costosos y/o
generan desechos intermedios que aun son peligrosos.
El objetivo de esta investigación fue evaluar el uso de Microorganismos
Eficientes (EM) como promotores de la biodegradación de desechos tipo lodos
provenientes del refinamiento del petróleo de RECOPE (Refinería Costarricense
de Petróleo) localizada en Moín, Limón, Costa Rica. El experimento se llevó a
cabo en la Universidad EARTH. El estudio consistió en tratar los lodos de desecho
en pilas (camas) de suelo, los tratamientos aplicados fueron los siguientes:
•
Tratamiento 1: Testigo, no se aplicó ningún otro material.
•
Tratamiento 2: EM activado diluido al 10%
•
Tratamiento 3: EM activado diluido al 10% y melaza al 5%
•
Tratamiento 4: EM activado diluido al 10%, melaza al 5% y bokashi (en una
proporción del 25% con respecto al volumen final de la cama de
compostaje) aplicado una vez al inicio del estudio. Para todos los
tratamientos que recibieron el EM, la solución se aplicó dos veces por
semana.
La eficiencia de los tratamientos fue evaluada en función de cambios en el
comportamiento de los siguientes parámetros: hidrocarburos volátiles, DBO5,
DQO, grasas y aceites. Además en la cama de compostaje se monitoreo la
v
humedad, temperatura, pH y volumen, con el fin de relacionar estos valores con
los parámetros indicadores de degradación primeramente mencionados.
El estudio no determinó con certeza la efectividad del EM para promover la
biodegradación. El diseño experimental no permitió realizar un análisis estadístico.
Por lo tanto, las tendencias de respuesta positiva en la degradación presentes en
algunos tratamientos que recibieron EM no fueron estadísticamente significativas.
El tratamiento testigo alcanzó una degradación similar a la obtenida en los
tratamientos donde se usó EM; lo que sugiere que otros factores inciden sobre la
descomposición de los desechos como: microorganismos presentes en el suelo,
temperatura y humedad.
Estadísticamente se comprobó que no existe relación entre el descenso del
volumen en las pilas y la degradación, las pilas mantuvieron un volumen constante
durante los 60 días tratamiento. La temperatura promedio en las camas fue 30°C,
la humedad varió entre el 30% y 40% y el pH se mantuvo constante con valores
cercanos al 7, no se logró establecer una relación entre estos parámetros y la
degradación. No obstante, los tratamientos donde se usó EM mostraron tendencia
a reducir el contenido de hidrocarburos más rápido que el testigo y la disminución
de olores desagradables.
PALABRAS
CLAVE:
Biodegradación,
desechos
de
petróleo,
RECOPE,
compostaje, Microorganismos Eficientes (EM), hidrocarburos volátiles, demanda
bioquímica de oxígeno, demanda química de oxígeno, grasas y aceites, costos
variables.
Gurdián M.; Johanning, T. 2002. Biodegradación de Desechos del Refinamiento
del Petróleo a Base de Microorganismos Eficientes (EM). Trabajo de
Graduación, Universidad EARTH, Limón, Costa Rica. 53 p.
vi
ABSTRACT
The wastes that come from the refinement of petroleum are considered
dangerous, they can cause negative effects to the environment and human beings.
The irrational disposal of hydrocarbon wastes can contaminate waterways and
ground water, cause fires, pollute soils, and destroy the flora and fauna. In the
market, there are waste management alternatives for the treatment of these
wastes. However, most of them are costly and/or generate other intermediate
substances that are equally as dangerous.
The main goal of this study was to evaluate the use of Efficient
Microorganisms (EM) in promoting the biodegradation of the sludge that comes
from the RECOPE refinery (Costa Rican Refinery of Petroleum) that is located in
Puerto Moín, Limón, Costa Rica. The project was conducted at EARTH University.
The experiment consisted of treating the sludge waste in compost piles of soil. The
treatments applied were as follows:
•
Treatment 1: control, did not receive any treatment application.
•
Treatment 2: activated EM, diluted at 10%.
•
Treatment 3: activated EM, diluted at 10% plus molasses at 5%.
•
Treatment 4: activated EM, diluted at 10%, plus molasses at 5% and
bokashi (at 25% based on the final volume of the compost pile) applied at
the beginning of the study. For all the treatments with EM, the solution was
applied twice a week.
The efficiency of the treatments was determined by measuring the changes
in the levels of volatile hydrocarbons, BOD5, COD, oil and grease. In addition, the
humidity, temperature, pH and volume of the compost pile were monitored with the
objective of relating changes in those parameters to changes measured in the
other variables.
vii
The study did not show EM to be efficient in promoting degradation. The
experimental design did not allow for a statistical analysis to be performed.
Therefore it was not confirmed that the positive tendencies present in some
treatments that received EM applications were statistically significant. The control
achieved similar results to treatments with EM suggesting that other agents such
as native microorganisms in soils, temperature, and humidity, have a positive effect
on the degradation.
A statistical analysis verified that there was no relationship between volume
and degradation, as the volume remained constant during the 60 days of the
treatment. The treatment temperature was 30 0C, humidity range was 30% to 40%
and the pH was kept constant with values near 7, it was not possible to establish a
relationship between these parameters and the degradation. Nevertheless, the
treatments where EM was applied showed a tendency to reduce the content of
hydrocarbons and decrease the foul odors faster than the control.
KEY WORDS: Biodegradation, petroleum wastes, RECOPE, compost, Efficient
Microorganisms (EM), volatile hydrocarbons, demand for biochemical oxygen,
demand for chemical oxygen, oil and grease, variable costs.
Gurdián M.; Johanning, T. 2002. Biodegradación de Desechos del Refinamiento
del Petróleo a Base de Microorganismos Eficientes (EM). Trabajo de
Graduación, Universidad EARTH, Limón, Costa Rica. 53 p.
viii
TABLA DE CONTENIDO
Página
DEDICATORIA................................................................................................................ III
AGRADECIMIENTO ....................................................................................................... IV
RESUMEN ......................................................................................................................... V
ABSTRACT .....................................................................................................................VII
TABLA DE CONTENIDO ............................................................................................... IX
LISTA DE CUADROS ..................................................................................................... XI
LISTA DE FIGURAS ......................................................................................................XII
LISTA DE ANEXOS ......................................................................................................XIII
1.
INTRODUCCIÓN ........................................................................................................ 1
2.
OBJETIVOS ................................................................................................................. 3
2.1.
2.2.
3.
GENERAL ................................................................................................................. 3
ESPECÍFICOS ............................................................................................................. 3
REVISIÓN DE LITERATURA .................................................................................. 4
3.1.
3.2.
3.3.
3.4.
PROBLEMÁTICA AMBIENTAL.................................................................................... 4
ORIGEN DEL DESECHO ............................................................................................. 5
CARACTERÍSTICAS DE LOS LODOS RESIDUALES ....................................................... 6
TRATAMIENTOS PARA DESCONTAMINACIÓN DE LODOS Y OTROS DESECHOS DE
PETRÓLEO ............................................................................................................................ 8
3.4.1.
Tratamientos biológicos ................................................................................. 8
3.4.2.
Tratamientos químicos ................................................................................. 11
3.5.
QUÍMICA DE LA BIODEGRADACIÓN ........................................................................ 12
3.6.
MICROORGANISMOS EN LA DEGRADACIÓN ............................................................ 15
3.7.
LOS MICROORGANISMOS EFICIENTES (EM) .......................................................... 16
3.8.
FACTORES QUE INTERFIEREN EN LA ACTIVIDAD DE LOS MICROORGANISMOS ......... 17
3.9.
BENEFICIOS DE LA DEGRADACIÓN BIOLÓGICA ....................................................... 19
4.
METODOLOGÍA....................................................................................................... 21
4.1.
4.2.
4.3.
4.4.
4.5.
4.6.
4.7.
5.
UBICACIÓN DEL EXPERIMENTO .............................................................................. 21
GENERALIDADES DE LA TÉCNICA DE DEGRADACIÓN UTILIZADA ....... 21
DISEÑO EXPERIMENTAL................................................................................ 22
DESCRIPCIÓN DE LOS MATERIALES UTILIZADOS .................................. 24
MÉTODOS DE MUESTREO ....................................................................................... 26
PARAMETROS MEDIDOS .......................................................................................... 27
ANÁLISIS DE DATOS ............................................................................................... 28
RESULTADOS Y DISCUSIÓN ................................................................................ 29
5.1.
5.2.
5.3.
HIDROCARBUROS VOLÁTILES............................................................................ 29
DEMANDA BIOQUIMICA DE OXÍGENO (DBO5)........................................................ 32
DEMANDA QUÍMICA DE OXÍGENO (DQO) Y GRASAS Y ACEITES ............................. 34
ix
5.4.
5.5.
CONDICIONES DE HUMEDAD, TEMPERATURA, PH Y VOLUMEN ............................... 36
COSTOS DE LOS TRATAMIENTOS ............................................................................ 40
6.
CONCLUSIONES ...................................................................................................... 42
7.
RECOMENDACIONES ............................................................................................ 44
8.
LITERATURA CITADA........................................................................................... 46
9.
ANEXOS ..................................................................................................................... 48
x
LISTA DE CUADROS
Cuadro
Página
Cuadro 1. Reducción de hidrocarburos volátiles en porcentaje. ...........................31
Cuadro 2. Presencia de olores desagradables......................................................32
xi
LISTA DE FIGURAS
Figura
Página
Figura 1. Oxidación de un hidrocarburo alifático catalizado por monooxigenasas.14
Figura 2. Vista del área total donde se ubicó el estudio. .......................................22
Figura 3. Lodos de residuo del refinamiento de petróleo en RECOPE. ................24
Figura 4. Valores de hidrocarburos volátiles x 103 mg kg-1. ..................................30
Figura 5. Valores de DBO5 x 103 mg kg-1. .............................................................33
Figura 6. Valores de DQO y grasas y aceites x 103 en mg kg-1. ...........................36
Figura 7. Valores de humedad, temperatura y pH.................................................38
Figura 8. Valores de volumen en m3 .....................................................................40
Figura 9. Comparación de costos variables entre los tratamientos. ......................41
xii
LISTA DE ANEXOS
Anexo
Página
Anexo 1. Valores de hidrocarburos volátiles x103 mg kg-1. ...................................49
Anexo 2. Valores de DBO5 x103 mg kg-1. ..............................................................49
Anexo 3. Valores de DQO x103 mg kg-1. ...............................................................49
Anexo 4. Valores de grasas y aceites x103 mg kg-1. .............................................50
Anexo 5. Valores de humedad en porcentaje. ......................................................50
Anexo 6. Valores de volumen en m3. ....................................................................51
Anexo 7. Análisis estadístico de varianza para el volumen considerando los días.
...............................................................................................................51
Anexo 8. Valores de pH. .......................................................................................52
Anexo 9. Valores de la temperatura en 0C. ...........................................................52
Anexo 10. Costos variables en dólares para tratar 1 m3 de lodos de desecho
provenientes del refinamiento del petróleo bajo los tratamientos
empleados en el estudio. .......................................................................53
xiii
1.
INTRODUCCIÓN
La industria petrolera genera desechos altamente contaminantes para el
entorno y el ser humano a lo largo del proceso de refinamiento. Estos desechos
mal manejados pueden contaminar aguas, suelos y el aire, causar incendios y
muerte de fauna y flora. El tratamiento de los hidrocarburos residuales de esta
actividad por medio de microorganismos es una técnica ampliamente usada con
resultados muy favorables. No obstante, su uso representa la importación de
costosos paquetes tecnológicos desarrollados en el extranjero. Este proyecto
pretende determinar la eficacia de la degradación de los hidrocarburos residuales,
empleando Microorganismos Eficientes (EM) como biodegradadores, con el fin de
desarrollar una metodología para el manejo de estos desechos de bajo costo que
responda a las necesidades de la Refinadora Costarricense de Petróleo
(RECOPE).
RECOPE es la institución nacional encargada de la industrialización del
petróleo en Costa Rica, su plantel de trabajo ubicado en Limón se encarga del
refinamiento del petróleo crudo. Anualmente en esta planta refinadora se genera
3000 m3 de desechos catalogados como peligrosos. Ellos se componen
principalmente por hidrocarburos volátiles y no volátiles, sales de plomo y materia
orgánica; además de otras sustancias provenientes de derrames como: diesel,
gasolina, bunker y petróleo crudo.
Para esta institución el manejo de estos desechos es una prioridad. En el
pasado se han empleado diverso métodos de tratamiento con el objetivo de
mitigar el impacto negativo de su actividad. Entre ellos destacan la peroxidación y
biodegradación con bacterias importadas. Sin embargo, el problema no se ha
solucionado, ya que ambos métodos se han abandonado o tienen un uso limitado
1
por los riesgos de manejo en el caso de la peroxidación y de disponibilidad y alto
costo, en el caso de las bacterias importadas (Bourrouet1, 2002).
RECOPE, en su afán de solucionar el problema, desea desarrollar una
alternativa más sostenible y rentable a través de un esfuerzo conjunto con la
Universidad EARTH. Este esfuerzo consiste en analizar el efecto de la
biodegradación de lodos residuales a través del uso de Microorganismos
Eficientes (EM). En el caso de que el EM sea un efectivo biodegradador y
descontaminante, la refinadora alcanzaría importantes ventajas, pues se
emplearían microorganismos nativos en lugar de los importados, se aplicaría una
tecnología sencilla, de bajo costo económico y de fácil implementación. Además,
se evita la salida de recursos económicos por importaciones. Por otro lado el
apropiado tratamiento de los residuos petroleros, alargaría la vida útil del actual
botadero que utiliza RECOPE como sitio de descarga y donde se realizan algunas
pruebas con otros tratamientos como peroxidación, encapsulado de desechos con
cal, remediación y estabilización.
Con el fin de colaborar con la institución se ha establecido conjuntamente
con RECOPE el presente proyecto de graduación, donde se evalúa la factibilidad
técnica de un sistema de compostaje utilizando Microorganismos Eficientes (EM),
como agentes biológicos encargados de estabilizar los lodos provenientes de las
lagunas de los separadores API (American Petroleum Institute) y de la laguna
mechas (laguna sedimentadora), así como otros hidrocarburos provenientes de
derrames en la planta procesadora.
1
Bourrouet, F. Comunicación oral con el administrador de la oficina para la calidad
de RECOPE, Limón. 2002.
2
2.
2.1.
OBJETIVOS
GENERAL
Evaluar el uso de EM como promotor de la biodegradación en sistemas de
tratamiento tipo compostaje para el tratamiento de desechos de hidrocarburos
(lodos) resultantes del refinamiento del petróleo.
2.2.
•
ESPECÍFICOS
Evaluar la efectividad del uso del EM en el tratamiento de desechos de
hidrocarburos mediante camas de compostaje con dos diferentes fuentes
de energía para los microorganismos.
•
Determinar relaciones entre los parámetros de hidrocarburos volátiles,
DBO, DQO, grasas y aceites para evaluar la viabilidad de la biodegradación
en las camas de compostaje.
•
Determinar relaciones entre los parámetros de humedad, temperatura, pH y
volumen como indicadores de actividad microbial en las “aboneras”.
•
Determinar los costos variables de implementación del proceso de
biodegradación mediante el compostaje usando EM.
3
3.
REVISIÓN DE LITERATURA
En la siguiente sección se especifican algunos aspectos de importancia
relacionados con la problemática ambiental de los desechos en las refinerías de
petróleo, el origen de los desechos que se trataran en el proyecto, las
características de los lodos residuales, características de los microorganismos y
los requisitos de la degradación microbiológica. Se pretende que estos aspectos
investigados, ayuden a comprender mejor las características del sistema de
degradación diseñado para los lodos petroleros, que se explica en la última parte
de esta sección.
3.1.
PROBLEMÁTICA AMBIENTAL
El aire recibe emisiones constantes por parte de las refinerías. Estas
emisiones pueden ser constantes como parte del procesamiento o accidentales.
La cantidad, tipo y efectos de estos gases en el ambiente es variable, la
agresividad de los gases en el ambiente depende de las medidas de control de la
refinadora, manejo de las instalaciones y mantenimiento (Maroto, 1996).
Entre los compuestos que causan más daño al ambiente son compuestos
sulfúricos como H2S, mercaptanos y bisulfuros. Aunque también se generan
considerables cantidades de óxidos de azufre, hidrocarburos, óxidos de nitrógeno,
aldehídos, amoniaco y monóxido de carbono que van a la atmósfera (Maroto,
1996). Estos gases provocan problemas de salud en las personas, disgusto por su
fuerte olor y contribuyen a aumentar el efecto invernadero.
Por otro lado, las aguas que se usan durante el proceso de refinación se
contaminan con aceite; esta mezcla inmiscible se trata en lagunas separadoras y
sedimentadoras, con el fin de evitar que el aceite entre en el cauce de los ríos. Se
ha estimado que 1 m3 de aceite puede contaminar 1 millón de m3 de agua (Maroto,
1996); situación que se agrava por el mal aspecto del agua contaminada, pues el
agua permanece cubierta de una capa negra aceitosa. En las lagunas de
4
tratamiento de las refinerías, los principales contaminantes son: sólidos
suspendidos, fenoles, NH3, H2S y metales pesados.
3.2.
ORIGEN DEL DESECHO
Los lodos en las refinerías provienen generalmente del proceso de
catalíticos agotados y lodos provenientes de las aguas de desecho. Los lodos que
provienen del proceso puede ser intermitentes como los que resultan de la
limpieza de los tanques de almacenamiento, que en RECOPE se limpian cada 7
años, también están los lodos de los tanques del proceso y productos de las
instalaciones de tratamiento de desechos, como filtros de arcillas (Maroto, 1996).
Además, están los lodos continuos que se generan constantemente (cada 2
semanas) provenientes de los separadores, catalíticos agotados y filtros.
Los lodos de las aguas de desecho provienen del proceso de refinación,
donde se generan aguas oleaginosas. Esta mezcla de agua-hidrocarburos
insoluble se conduce por un canal abierto hasta los tanques donde se separan los
aceites, estos tanques son conocidos como separadores API (American Petroleum
Institute). La función de estos tanques es remover materiales con una densidad
menor a la del agua como los aceites. Los materiales con una
gravedad
específica mayor a la del agua se precipitan conformando lodos (Mena, 1998).
Los aceites recolectados de los separadores API constituyen un desecho
llamado “Slop” que es almacenado en tanques, para luego ser reintroducido en los
tanques de crudo para su reprocesado, con el fin de maximizar el
aprovechamiento del recurso fósil. El agua que todavía contiene aceite pasa a otra
laguna llamada “laguna mechas”, donde el agua contaminada transcurre más
tiempo permitiendo que las pequeñas gotas de aceite suban y se agrupen para ser
de nuevo removidas y bombeadas hasta los tanques de “slop”. En esta laguna
ocurre una primera degradación de los desechos petroleros, pues los
hidrocarburos volátiles se degradan por acción de la luz solar. Además, el agua
que sale de la laguna a los ríos está considerablemente libre de aceites.
5
Con respecto a los lodos, éstos son dragados regularmente de los tanques
de los separadores API para ser llevados a otros tanques de cemento de menor
tamaño, con el objetivo de disminuir el contenido de humedad de los lodos por
medio de la acción de la luz solar.
Cuando la cantidad dragada de los separadores a API y “la laguna mechas”
sobrepasa la capacidad de almacenaje de los tanques de cemento, los lodos son
llevados a la Finca Sandoval donde se apilan en una fosa impermeabilizada con
geomembrana hasta que reciben tratamiento. La fosa tienen una capacidad de
aproximadamente 3700 m3, sus dimensiones son de 30 m de ancho por 50 de
largo y 2.5 de profundidad. Otro desecho que es vertido en la fosa de la Finca
Sandoval son los lodos que se sedimentan en los tanques de almacenamiento que
contienen crudo y material elaborado como gasolina y diesel.
Los lodos a emplear en este proyecto provienen de una mezcla de todos los
lodos que se generan en RECOPE, es decir, los lodos de los separadores API, los
de la “laguna mechas”, los de los tanques de almacenamiento, los que provienen
de filtros y en menor cantidad, aquellos desechos de hidrocarburos que se
generan por derrames en planta.
3.3.
CARACTERÍSTICAS DE LOS LODOS RESIDUALES
En realidad no se cuenta con información disponible sobre las
características de los lodos que se trataran en este proyecto. Recordemos que no
se trata de un tipo de lodo específico sino de una mezcla de muchos lodos. Sin
embargo, se cuenta con información sobre las características de los lodos de los
tanques de almacenamiento de crudo liviano. Esta información proviene de otro
proyecto de graduación llamado “Biodegradación de los Fondos de los Tanques
de Almacenamiento de Crudo Liviano”, este proyecto fue desarrollado en
RECOPE en 1996 por Alexander Maroto. Se ha seleccionado esa información
debido a que después de observar el desecho y compararlo con la descripción que
6
hace Maroto (1996), resultan similares; por otro lado es probable que este tipo de
desecho también se encuentre entre los lodos a emplear en este proyecto.
A continuación se citan algunas de sus observaciones sobre este desecho:
el desecho es de color oscuro, posee un olor a petróleo crudo, su pH es 7.5, de
consistencia viscosa y semisólido a 20 0C. Cuando se lleva este material a los 100
0
C el 53.5% de las sustancias presentes (hidrocarburos volátiles) se evaporan.
Entre los 100
0
C y los 450
0
C se evapora otro 44% del desecho, lo cual
corresponde a sustancias como naftalenos, antracenos y pirenos (Dean, 1992;
citado por Maroto, 1996). Entre los 450 y 600 0C no se evaporan gran cantidad de
sustancias, apenas un 0.2%. El resto de componentes de este desecho, un 2.3%
corresponde a sustancias inorgánicas no biodegradables.
En el estudio de Maroto (1996) no se detectaron fenoles en el desecho,
esta información fue confirmada por el encargado del laboratorio de RECOPE,
quien asegura que los lodos a tratar en este proyecto también están libres de
fenoles. Los hidrocarburos totales corresponden al 5.9% del desecho cuando
estos son analizados por medio de cromatografía de gases, mientras que las
grasas y aceites alcanzan un 36.1%.
La relación DQO:DBO5 es una relación que se usa para evaluar las
posibilidades de que un proceso biológico pueda ser exitoso. CSYZS (1991) citado
por Maroto (1996), indica que la probabilidad de degradación de aguas
comerciales cuando se utilizan organismos inadaptados al medio, basado en la
relación de estas dos variables, son pocas cuando se presentan relaciones debajo
de 0.5, pues se inhiben los procesos biológicos. Las aguas fáciles de tratar
presentan relaciones de 0.6 mientras que las aguas con relaciones de 0.2, son
inaccesibles a un tratamiento biológico.
Los desechos provenientes de los lodos presentan una relación de
DQO:DBO5 de 0.01 Por lo tanto este desecho no es biodegradable si no recibe un
pre-tratamiento. Maroto (1996) encontró que diluyendo el desecho, agregándole
7
nutrientes y un surfactante la relación DQO:DBO5 cambia a 0.65, lo cual facilita la
acción microbiana.
3.4.
TRATAMIENTOS PARA DESCONTAMINACIÓN DE LODOS Y OTROS
DESECHOS DE PETRÓLEO
Existe una gran variedad de métodos para tratar los desechos de las
refinadoras, estos se pueden agrupar en biológicos, físicos, químicos y térmicos.
RECOPE está interesado en verificar la efectividad de diferente métodos con el fin
de disponer de diferentes sistemas de descontaminación, con el fin de emplear el
más adecuado acuerdo al volumen del desecho, tiempo, costos de operación y
rendimiento. Actualmente el costo internacional para tratar un m3 de desecho
oscila entre los 30 y 60 dólares estadounidenses (Bourrouet2, 2002).
Entre los tratamientos que han evaluado se encuentra la peroxidación, que
es un tratamiento químico, la biorremediación que es un tratamiento biológico y
actualmente se encuentran en negociaciones para emplear un sistema de
estabilización / solidificación, el cual es un tratamiento químico. Enseguida se
describen algunas de las principales características de los sistemas que ya se han
usado y algunos que son de interés a este proyecto.
3.4.1. Tratamientos biológicos
El tratamiento biológico o biorremediación es la degradación de residuos
orgánicos por la acción de microorganismos. La degradación altera la estructura
molecular de los compuestos orgánicos. Si estos compuestos se transforman en
otros compuestos orgánicos similares ocurre una biotransformación; si se produce
una descomposición a carbono, agua o residuos inorgánicos, ocurre una
mineralización.
2
Bourrouet, F. Comunicación oral con el administrador de la oficina para la calidad
de RECOPE, Limón. 2002.
8
Es posible aplicar un tratamiento biológico a casi todos los residuos
orgánicos siempre y cuando se logren establecer, mantener y controlar las
poblaciones de microorganismos. Para ello se deben controlar aspectos como
fuente de energía, biodegradabilidad del sustrato, inhibición y toxicidad y población
de microorganismos. Estos factores se explican con más detalle en otra sección
llamada: factores que intervienen en la biodegradación, que a parece más
adelante.
Los residuos de las refinerías contienen una gran cantidad de compuestos
degradables. Buckingham et al (1996) señala que los fangos de las refinerías
tratados con métodos biológicos in situ, se degradan a una velocidad casi al doble
de lo que ocurre con residuos de conservación de la madera. El tratamiento de
fangos de bajo peso molecular ocurre entre 6 y 14 días, mientras que los de alto
peso molecular ocurre en un lapso de 2 meses aproximadamente.
Dentro de las diferentes tecnologías para el tratamiento de los residuos de
las refinadoras, se explicará el landfarming, compostaje y amontonamiento; debido
a que son los que más han influido en la determinación del diseño propuesto en
este proyecto.
3.4.1.1. Aplicación al Suelo (Landfarming)
Este es un sistema de biodegradación in situ por medio de la aplicación de
los lodos petroleros en suelos con altos contenidos de materia orgánica, para
formar “camas” de degradación de 1 a 1.5 metros de alto con el suelo y el
desecho, a la cual se le agregan bacterias especializadas en la degradación de
hidrocarburos. Este tratamiento se lleva a cabo en áreas de gran extensión, donde
se colocan las camas distanciadas con aproximadamente 4 metros para permitir el
paso del tractor y el volteo.
Estas camas son irrigadas para mantener la humedad y se agregan
nutrientes para alimentarlas. Las camas de degradación reciben volteos con
9
tractores para mantener la circulación del aire y facilitar la degradación. Dentro de
estos sistemas se recomienda degradar 230 m3 de residuos por cada 10 000 m3
de suelo. Según la ley # 11720 de residuos especiales del Gobierno de Argentina
(1999), cada unidad de tratamiento bajo este sistema puede contener un total de
0.40 kg de desecho/m3/día, pero si se agregan nutrientes la concentración puede
alcanzar los 0.65/kg de desecho/m3/día.
El tratamiento de aplicación al suelo por ser un sistema abierto requiere de
un diseño y manejo muy cuidadoso, porque de lo contrario se puede causar
contaminación de aguas subterráneas y superficiales, además del aire; por lo tanto
estos sistemas deben contar con eficientes sistemas de monitoreo (EPA, 1983).
Los costos de estos tratamientos varían entre 30 y 60 $ USD por tonelada de
suelo contaminada (EPA, 2002).
3.4.1.2. Compostaje
El compostaje de desechos peligrosos emplea una técnica similar al
compostaje de desechos orgánicos, es decir una degradación aerobia y
condiciones que permitan la elevación de la temperatura. La mayoría de los
residuos peligrosos, no contienen una concentración de sustancias orgánicas
disponibles para mantener la actividad microbiana, por lo tanto es necesario
mezclar el desecho peligroso con materiales altamente degradables como la
melaza. Además se deben incluir agentes de amontonamiento para crear espacios
para el paso del aire, con el fin de suministrar oxígeno, como virutas de madera,
aunque también se pueden usar materiales que pueden ser reutilizados como
pequeños cilindros plásticos. De acuerdo con la EPA (2002) el costo de este
sistema varía entre los 30 y 90 $ USD.
Existen tres diferentes técnicas de compostaje para el tratamiento de
residuos peligrosos:
10
− Hileras: el residuo peligroso más las sustancias orgánicas se apila en filas
largas. El volteo de la cama se puede realizar diariamente o uno o dos
veces por semana.
− Pilas estáticas con aireación forzada: similar a la anterior, sólo que las pilas
no se voltean, ya que se construyen sobre una red de tuberías perforadas
que inyectan aire forzado.
− Sistema de reactor cerrado: los desechos se introducen en un reactor
donde se voltean y airean (Buckingham et al,1996).
3.4.1.3. Amontonamiento y biocelda
Este sistema es una versión modificada del compostaje con la diferencia
que en este las pilas son más altas, se hacen de varios metros; por lo que es
efectivo para tratar grandes cantidades de suelo contaminado en un menor
espacio. Este sistema se basa en la acumulación del suelo contaminado sobre un
sistema de tuberías y un revestimiento impermeable en el fondo, por lo que se
pueden recoger los lixiviados y darles tratamiento si es necesario. Este sistema es
más lento que el landfarming y el compostaje, pero es más barato y se pueden
controlar lixiviados y compuestos volátiles, si se cubre el montón y se pasan los
gases por un filtro de carbón activado (Buckingham et al,1996). Con respecto a las
bioceldas el tratamiento es similar al anterior con la diferencia que la biocelda, al
menos como se trabaja en Colombia, incluye el uso de agua, nutrientes y aire que
se distribuyen por el sistema de tuberías (Ordóñez, 1996).
3.4.2. Tratamientos químicos
Se refiere a las tecnologías que incluyen el empleo de los siguientes
métodos: ozonación, oxidación con aire húmedo, reroxidación, irradiación o
agentes redox como permanganato, hidruro de aluminio y litio entre otros (Davis,
11
1994; citado por Maroto, 1996). En estos tratamientos se cambian las propiedades
del residuo tóxico a otras sustancias no tóxicas.
3.4.2.1. Peroxidación
El método emplea el peróxido de hidrógeno como agente oxidante para
tratar los hidrocarburos. Después de la reacción se produce agua y oxígeno,
eliminando los problemas de toxicidad y malos olores. Este método presenta la
ventaja de que es rápido y efectivo; sin embargo, durante la combustión se
generan gran cantidad de gases (vapor de agua y dióxido de carbono) y calor
(hasta 45 0C), con lo cual se pone en riesgo la salud de los encargados de realizar
la degradación, además tiene un alto costo (Mena,1998).
3.4.2.2. Estabilización- Solidificación (micro-encapsulamiento)
En este sistema los desechos se procesan a través de reacciones químicas
exotérmicas con agentes solidificantes, para transformar los materiales tóxicos en
materiales química y mecánicamente estables, no tóxicos. El cambio químico
produce que los desechos se transformen a materiales capaces de tolerar
cambios de presión y temperatura, sin necesidad de otras condiciones de
tratamiento especial. Los materiales que se usan para producir este cambio son
básicamente agentes cementantes, materiales puzolánicos (material que al
reaccionar con agua y cal produce un material de cementación), materiales
absorbentes y sales de silicatos. Una vez que los desechos han sido tratados, los
materiales resultantes se pueden usar como materiales de construcción para
fabricar aceras, estacionamientos y pisos (Perigeoma, 2001).
3.5.
QUÍMICA DE LA BIODEGRADACIÓN
Los hidrocarburos son compuestos orgánicos que contienen carbón e
hidrógeno y no son solubles en agua. Los hidrocarburos pueden ser alifáticos,
cuando el carbón está en una cadena abierta, si la cadena de hidrocarburos es
cerrada son cíclicos y cuando el ciclo es de 6 carbonos, reciben el nombre de
12
hidrocarburos aromáticos como el benceno. El petróleo es una mezcla de
hidrocarburos de todos estos compuestos: alifáticos, cíclicos y aromáticos.
Casi todos los hidrocarburos son biodegradables. La susceptibilidad a la
biodegradación depende de la estructura molecular y el peso molecular, al
aumentar la cadena de alcanos aumenta la resistencia a la biodegradación. Los
alcanos de 5 a 9 carbonos pueden exhibir toxicidad que disuelve la membrana de
los microbios, pero estos se evaporan rápidamente, básicamente desaparecen por
volatización; lo mismo ocurre con los alcanos gaseosos (1 a 4 carbonos).Los nalcanos y los n-alquilaromáticos (10 a 20 carbonos) son los menos tóxicos y los
más degradables. Los alcanos y alquiloaromáticos de más de 22 carbonos son de
baja toxicidad, estos se encuentran en estado sólido a 35 0C y son poco solubles,
por lo que su biodegradación es menor. Cualquier petróleo crudo contiene
docenas de millares de compuestos que difieren en volatilidad, solubilidad y
susceptibilidad a la degradación biológica (Ordóñez, 1996).
Por otra parte, las ramificaciones en las cadenas también reducen la
biodegradación. Los compuestos aromáticos son degradados más lentamente que
los otros, debido a que no representan una fuente de carbón disponible para el
crecimiento microbial. Sin embargo, pueden ser degradados si tienen suficientes
cadenas alifáticas al lado y ocurre un co-metabolismo con dos o más géneros de
microorganismos con capacidades enzimáticas diferentes (Atlas, 1988).
En la degradación natural por bacterias, el metabolismo clave es la
producción de enzimas oxigenadas, las cuales agregan uno o más átomos de
oxígeno a las moléculas por degradar. El mecanismo total de la degradación no
se conoce por completo, pero los productos finales son unidades de acetatos que
después son oxidadas por medio del ciclo del ácido tricarboxílico, para terminar en
Acetil-Co-A. La siguiente figura representa los diferentes pasos en la oxidación de
hidrocarburos alifáticos (Brock, 1979).
13
Figura 1. Oxidación de un hidrocarburo alifático catalizado por
monooxigenasas.
“Los organismos que proliferan en presencia de hidrocarburos producen
compuestos polisacáricos o glicolípidos que pasan al exterior de la pared de las
células, disuelven los hidrocarburos y los transportan hasta la membrana
citoplasmática. Cuando los microorganismos crecen en un substrato carbonoso
que es su principal fuente de energía (v.gr., glucosas o acetatos), frecuentemente
ocurre simultáneamente la oxidación de otros compuestos de carbono junto con la
principal fuente de energía. Debido a este fenómeno ocurre un incremento en la
14
actividad de las bacterias a causa de la presencia de una buena fuente de energía
y a un nivel de producción de enzimas que no sería posible si no ocurriera el cometabolismo” (Ordóñez, p. 20, 1996).
La degradación de los hidrocarburos aromáticos también requiere de
oxígeno. A través de oxigenasas se forman catecoles como producto final. El
catecol se degrada de diversas maneras hasta llegar al ciclo del ácido
tricarboxílico para terminar en Acetil-Co-A (Brock, 1979).
3.6.
MICROORGANISMOS EN LA DEGRADACIÓN
Las bacterias son los microorganismos que metabolizan más sustancias en
el suelo. Se estima que alrededor de un 65% del metabolismo total en el suelo es
realizado por estos organismos. Los microorganismos predominantes en los
procesos de degradación en sistemas naturales son las bacterias heterotróficas y
algunas autotróficas, hongos como los basidiomicetes y actinomicetes, levaduras y
algunos protozoarios. Las condiciones del suelo afectan directamente a estos
grupos de organismos, por ejemplo el pH influye en la presencia de las bacterias,
ya que estas tienen problemas para sobrevivir a pH inferiores a 5.5 (Scow, sf).
En la degradación del petróleo, interfiere un diverso grupo de bacterias y
hongos. Según Zoell (1946) citado por Maroto (1996), se reportan más de 100
especies provenientes de 30 géneros de microorganismos que son capaces de
metabolizar hidrocarburos, entre los más importantes para degradar bajo
condiciones
acuáticas
están:
Pseudomonas,
Achromobacter,
Arthrobacter,
Microccus, Nocardia, Vidrio, Acinetobacter, Brevibacterium, Corynebacterium,
Flavobacterium, Candida, Rhodotorula y Sporobolomyces. En la industria de la
fermentación se ha identificado a Candida como el utilizador de hidrocarburos. Sin
embargo, Atlas (1988) expone que naturalmente ningún microorganismo tiene la
capacidad enzimática para degradar todos los compuestos del petróleo. Por ello
se ha utilizado la tecnología de recombinación de ADN (ingeniería genética), la
cual puede incorporar diversos genes para dar a un organismo la capacidad de
15
degradar una mayor cantidad de compuestos. Mediante esta técnica se ha creado
la “superbug”, que se usa en el tratamiento de problemas causados por
contaminación de aceites.
3.7.
LOS MICROORGANISMOS EFICIENTES (EM)
Los
Microorganismos
Eficientes
(EM)
fueron
desarrollados
en
la
Universidad de Ryukyus, Okinawa, Japón, por el Dr. Teruo Higa en los años
ochenta; básicamente constituyen una mezcla de microorganismos benéficos, es
decir que no dañan al hombre ni el medio ambiente que lo rodea (Kyan, et al,
1999).
Los principales microorganismos que componen el EM y su modo de acción son
los siguientes:
− Bacterias
fotosintéticas
(Rhodopseudomonas
spp):
las
bacterias
fotosintéticas o fototrópicas se consideran el pilar de la actividad del EM, ya
que mantienen la actividad de otros microorganismos en el EM y tienen la
capacidad de utilizar sustancias producidas por estos mismos, generándose
así el fenómeno de coexistencia y prosperidad entre comunidades de
microorganismos. También tienen la capacidad de sintetizar substancias
secretadas por la materia orgánica o gases dañinos (Eje: sulfuro de
hidrógeno) por medio de la luz y el calor del suelo como fuentes de energía.
Entre las sustancias que logran sintetizar están los aminoácidos, ácidos
nucleicos, sustancias bioactivas, metabolitos y azúcares (Kyan, et al, 1999).
− Bacterias ácido-lácticas (Lactobacillus spp): estas bacterias tienen la
capacidad de desarrollar ácido láctico a partir de azúcares y otros
carbohidratos desarrollados por las bacterias fotosintéticas y las levaduras.
Se consideran un supresor de los microorganismos dañinos y mejoran la
descomposición de la materia orgánica (Kyan, et al, 1999).
16
− Levaduras (Saccharomyces spp): las levaduras son capaces de sintetizar
sustancias antimicrobiales y de utilidad para otros organismos como las
plantas, lo hacen a partir de aminoácidos y azúcares secretados por las
bacterias fotosintéticas y la materia orgánica (Kyan, et al, 1999).
3.8.
FACTORES QUE INTERFIEREN EN LA ACTIVIDAD DE LOS
MICROORGANISMOS
La posibilidad de éxito de estos microorganismos no sólo depende de su
capacidad enzimática, también depende de factores externos como: concentración
del contaminante, disposición de nutrientes, oxígeno disponible, pH y para el caso
específico de la descontaminación de suelos, las características del mismo
influyen en la degradación. A continuación se citan las principales implicaciones de
estos y otros factores:
− La concentración de contaminantes en el suelo: si es muy alta puede
resultar tóxica o inhibitoria del metabolismo. La concentración óptima de
desecho y sustrato varía para cada tipo de microorganismo (Scow, sf).
− Cantidad y tipo de microorganismos: las interacciones entre especies
influyen en la población microbial, su distribución y concentración afectan la
eficiencia de degradación. Por otro lado, los compuestos simples como la
glucosa son fácilmente degradables y sirven de soporte a numerosas
especies de microorganismos, mientras que los compuestos orgánicos más
complejos requieren procesos metabólicos más complejos. La posibilidad
de degradación de estos está ligada a la posibilidad de las bacterias de
sintetizar enzimas, que degraden estos complejos materiales. Usualmente
los microorganismos que degradan los compuestos complejos, requieren de
periodos de aclimatación antes de que la degradación pueda ocurrir (Scow,
sf). Hay indicaciones de que los microorganismos después de un largo
tiempo de exposición a hidrocarburos saturados, pueden adaptarse
adquiriendo la capacidad para degradarlos (EPA,1983).
17
− Características del suelo: los suelos deben ser homogéneos y permeables,
ya que la degradación depende del transporte de oxigeno y nutrientes a
través de este (Ordóñez, 1996).
− Nutrientes adecuados: los microorganismos deben contar con los nutrientes
requeridos para mantener su metabolismo, entre ellos: N, P, K, S, O,
nitrtatos y sulfatos. Según Ordóñez la relación de nutrientes en el suelo
debe ser 100:5:3 (C:N:F) para permitir un proceso de biodregadación de
hidrocarburos. Según la EPA (1990) la biodegradación puede ser
estimulada por los nitratos como aceptores de electrones, ya que se ha
demostrado que los microorganismos con una fuente de este compuesto
pueden degradar compuestos aromáticos policíclicos de bajo peso
molecular.
Además, el medio debe contar con algunos elementos trazas como: níquel,
cobre, zinc, vitaminas y otros (Buckingham et al, 1996). La presencia de
estos es importante pues influyen en la formación de enzimas. Las enzimas
son específicas para cada sustrato, si los microorganismos no pueden
sintetizar las enzimas necesarias, la degradación no ocurrirá.
En algunos casos la formación de las enzimas puede ser inducida durante
un
periodo
de
aclimatación,
que
ocurre
después
de
que
los
microorganismos han entrado en contacto con el sustrato a degradar. Una
vez producida la enzima el medio puede inhibir su actividad, ya que se ha
comprobado que enzimas extracelulares pueden ser inactivadas por las
arcillas del suelo (Scow, sf).
− Solubilidad: las bacterias solas pueden consumir materiales solubles.
Cuando ellas encuentran materiales insolubles empiezan a sintetizar y
segregar
desenmulcificantes
naturales
18
para
solubilizarlos.
Proveer
emulficicantes es clave para el proceso, ya que puede disminuir el tiempo
de degradación.
− Oxígeno: los hidrocarburos son degradados por metabolismo aeróbico, por
lo tanto el suelo se debe voltear.
− Humedad: la humedad esta ligada a la disponibilidad de oxígeno en el
suelo, ya que el oxígeno que consumen las bacterias debe primero
disolverse en las gotas de agua intersticial. Por ello es importante mantener
condiciones de humedad en el suelo (Ordóñez, 1996). Debe existir un
mínimo de 10% de humedad en el compuesto a degradar.
− Temperatura: la temperatura afecta el metabolismo de las bacterias y la
solubilidad del sustrato. Una experiencia en saneamiento de suelos
contaminados
por
hidrocarburos
en
Colombia,
determinó
que
los
microorganismos biodegradadores son mesofísicos y su máxima actividad
ocurre a 35 0C (Ordóñez, 1996).
− pH: los microorganismos están adaptados a todos los pH que se
encuentran en el ambiente. Sin embargo, el óptimo crecimiento de los
hongos ocurre a un pH que tienden a ser ácido, mientras que el crecimiento
bacterial es mayor cuando el pH tiende a ser básico. Según Scow (sf) la
oxidación microbial es más rápida cuando el pH varía entre 6 y 8;
igualmente Ordóñez (1996) reporta que la mayor degradación de lodos
petroleros de trabajos en Colombia, ocurrió a 6.5 y 7.5 de pH.
3.9.
BENEFICIOS DE LA DEGRADACIÓN BIOLÓGICA
La degradación de los desechos que las actividades humanas producen
recae en su mayor parte, sobre los microorganismos, ellos son los encargados del
reciclaje para mantener la calidad ambiental de la biosfera (Atlas, 1998). Tal es la
importancia de los microorganismos que Bunyard (1992) afirmó, que el vasto
19
metabolismo que hace funcionar la vida sobre la tierra se encuentra en las
bacterias.
A pesar de que más de 10 millones métricos de aceite contaminante entra
en el mar cada año como resultado de derrames accidentales, disposición de
aguas de desecho y derrames de rutina que ocurren en labores de operación
(Atlas, 1988), la vida en el mar todavía es posible; por eso los científicos se
refieren a las bacterias como los “incineradores biológicos”.
Las ventajas de usar microorganismos para degradar desechos son
amplias, principalmente porque se utiliza un proceso natural para transformar
materiales contaminantes a residuos no tóxicos como bióxido de carbono, agua y
ácidos grasos. Por otro lado en lugar de transferir los contaminantes de un medio
a otro como ocurre en otros procesos (del suelo al agua o al aire, por ejemplo), la
bioremediación destruye completamente las substancias contaminantes y es la
metodología de más bajo costo para descontaminar suelos que tienen residuos de
petróleo (Ordóñez, 1996).
No obstante la degradación biológica tarda más tiempo en transformar los
materiales contaminantes, y cuando las concentraciones del material son muy
altas o no hay oxígeno suficiente, la acción de los microorganismos es imposible y
los materiales contaminantes se acumulan. Sin embargo, estas barreras pueden
ser superadas diseñando apropiados sistemas de descontaminación.
Por esta razón en este proyecto se evaluará la factibilidad de degradar los
lodos petroleros basados en una combinación de dos metodologías de
descontaminación, el landfarming y las bioceldas. El detalle de la metodología a
emplear se describe en la siguiente sección.
20
4.
4.1.
METODOLOGÍA
UBICACIÓN DEL EXPERIMENTO
El estudio se realizó en el antiguo aserradero de la finca comercial de la
Universidad EARTH, Guácimo, provincia de Limón. Las condiciones climáticas de
esta zona son similares a aquellas donde se encuentra la empresa RECOPE,
pues ambas instituciones se encuentran relativamente cerca. La temperatura
media anual en la Universidad es de 25.14 0C, con variaciones que van desde los
19.6 0C hasta los 31.5 0C (Valiente de León, 2001). La precipitación promedio
anual es 4122.70 mm y la humedad relativa promedio es del 94.44 % (Rodríguez3,
2002). Estos factores son de gran importancia, pues son factores determinantes
en el proceso de biodegradación.
4.2.
GENERALIDADES DE LA TÉCNICA DE DEGRADACIÓN UTILIZADA
La técnica para degradar los materiales se deriva de una combinación de
“landfarming” y bioceldas, con la diferencia de que no se utilizó aire forzado para
ventilar la pila, ni bacterias especializadas. Básicamente se aplicó el principio de
biodegradación en espacios reducidos por medio de “aboneras” o también
conocido como pilas o lomillos, haciendo referencia a su forma. Estas aboneras se
ubicaron sobre un planché de concreto con el fin de evitar la infiltración de
lixiviados y para facilitar el volteo manual. El experimento ocupó un área
aproximada de 100.0 m2, donde se colocaron las 12 aboneras de 1.0 m de ancho,
2.0 m de largo y 0.40 m de altura.
El área en cuestión no posee techo por lo que se construyeron estructuras
de protección contra la lluvia para las aboneras; para ello se usaron estañones y
bloques de concreto como columnas, y trozos de bambú como vigas que se
3
Rodríguez, W. Reporte
Limón. 2002.
de la estación metereológica de EARTH. Guácimo,
21
colocaron de una columna a otra. Sobre estas estructuras se colocó plástico
transparente de 10 m de largo y 4 m de ancho, lo que permitió tapar las aboneras
2 m a cada lado del bambú; el espacio entre el plástico y la abonera debe permitir
la circulación de aire, para evitar la acumulación de gases tóxicos volátiles. El
plástico transparente se usó con el objeto de permitir la degradación por efecto
lumínico. En la figura 2 se puede apreciar una vista general del área y la ubicación
de los tratamientos.
Figura 2. Vista del área total donde se ubicó el estudio.
4.3.
DISEÑO EXPERIMENTAL
El diseño experimental del estudio constó de 4 tratamientos y 3 repeticiones
distribuidos al azar en el área destinada al experimento. Un tratamiento testigo (sin
la adición de microorganismos) y tres tratamientos usando Microorganismos
Eficientes (EM) como agentes biodegradadores activados con melaza al 5%. La
composición de cada tratamiento aparece a continuación:
22
-
Tratamiento 1 (Testigo): ¾ partes de tierra y ¼ de lodos de desecho de
RECOPE.
-
Tratamiento 2 (EMA): ¾ partes de tierra, ¼ de lodos de desecho y 900 mL
de agua con 100 mL de EM activado al 5% por aplicación.
-
Tratamiento 3 (EMA+melaza): ¾ partes de tierra, ¼ de lodos de desecho,
900 mL de agua con 100 mL EM activado al 5% y melaza adicional al 5%
por aplicación.
-
Tratamiento 4 (EMA+bokashi): ¾ partes de tierra, ¼ de lodos de desecho,
900 mL de agua con 100 mL de EM activado al 5% y melaza adicional al
5% por aplicación y ¼ de abono tipo bokashi del volumen total.
En los tratamientos que se incluye agua con EM activado, significa que el
EM se activó al 5% por 7 días; posteriormente esa mezcla se utilizó al 10% en
agua para aplicarla sobre los tratamientos correspondientes dos veces por
semana. Los tratamientos que incluyeron melaza, recibieron igual frecuencia de
aplicación que el EM, pero al 5% de la cantidad de agua empleada. Además todas
las aboneras fueron volteadas dos veces por semana manualmente, con el fin de
mantener el suministro de oxígeno a los microorganismos.
Para activar EM al 5% se debe de mezclar 1 litro del producto comercial en
1 litro de melaza (preferiblemente hervida) y 18 litros de agua no clorada. El modo
de aplicación más común es utilizar una bomba de espalda, la que se usa
frecuentemente en prácticas agrícolas. Sin embargo, también se pueden utilizar
regaderas o equipos especializados de atomización.
Las características de la metodología diseñada corresponden con las
necesidades de la institución, ya que durante la fase de planeación se incluyeron
algunos requerimientos y sugerencias que se consideran importantes para que el
23
sistema de manejo de desechos de lodos, pueda ser efectivamente utilizado por
RECOPE. En la figura 3 se puede apreciar el tipo de desecho tratado.
Figura 3. Lodos de residuo del refinamiento de petróleo en RECOPE.
4.4.
DESCRIPCIÓN DE LOS MATERIALES UTILIZADOS
A continuación se presenta la lista de materiales utilizados:
−
Desecho: proviene del proceso de refinamiento del petróleo a través de la
unidad API mencionada anteriormente, de la limpieza de los tanques de
almacenamiento y de los derrames en planta. Los desechos originados en
estos tres puntos son llevados a una laguna donde se depositan en forma
de lodo, los cuales fueron dragados, secados al sol y finalmente utilizados
en este experimento.
−
Suelo: el suelo empleado en las aboneras contenía un 28% arena, 38%
limo y 34% arcilla, por lo que es un suelo franco arcilloso. Este es un suelo
que se presenta con frecuencia en los alrededores de la zona.
24
−
EM: es una mezcla de microorganismos benéficos que se vende
comercialmente en forma de concentrado. El concentrado debe activarse al
5% con melaza y agua no clorada; para activar un litro de EM se deben de
añadir 1000 mL de melaza y 18000 mL de agua. Del EM activado se
aplican 100 mL por cada 900 mL de agua para realizar una aplicación de
EM al 10%.
−
Melaza: la melaza es un subproducto de la industria azucarera que es
comúnmente empleado en la alimentación animal, aplicado al estudio
cumple la función de suministrar energía a los microorganismos para que
estos se encarguen de degradar el desecho. La densidad de la melaza
empleada fue de 1.3 g/mL.
−
Bokashi: Es un termino japonés que significa “ materia orgánica
fermentada”, se caracteriza por conservar mucha energía en forma de
vitaminas, azúcares, ácidos orgánicos y aminoácidos, los cuales a su vez
son una fuente de alimento para organismos benéficos que se encuentra
naturalmente en el suelo, aumentado la diversidad de este (Shintani y
Tabora, 1998; citado por Gómez, 2001).
Los componentes del Bokashi en EARTH son básicamente desechos de la
planta empacadora de banano: raquis de banano verde
y desecho de
banano verde picado, además de aserrín y EM activado. El desecho de
banano ocupa un 90% del bokashi y el otro 10% el aserrín. La composición
química del abono tipo bokashi reportado en el proyecto de graduación de
Gómez (2001) elaborado en EARTH, es la siguiente: N 0.66%, P 0.18%, Ca
0.53%, Mg 0.22%, K 2.18%, Fe 1203 mg/kg, Cu 9 mg/kg, Zn 21 mg/kg, Mn
49 mg/kg, B 7 mg/kg, S 0,05%, Humedad 65.66% y pH 7,68.
25
4.5.
MÉTODOS DE MUESTREO
Se realizaron muestreos cada 15 días a lo largo de 60 días (periodo total
del estudio) para cuantificar hidrocarburos totales; contenido de grasas y aceites;
DQO y DBO. Estas pruebas sirvieron de indicadoras para controlar el avance del
proceso de degradación. Además, se realizaron pruebas de pH, temperatura,
humedad y volumen para determinar correlaciones entre el proceso de
degradación y estos factores.
De las mencionadas pruebas, en las primeras cuatro el muestreo se realizó
de forma similar, básicamente se tomaron porciones iguales de tres diferentes
secciones de la abonera; tratando siempre que estas porciones incluyeran
muestra tanto de la parte externa como del centro. Luego las diferentes porciones
de cada repetición se mezclaron para formar una muestra compuesta, de la cual
finalmente se extrajo la muestra que se envió a analizar al laboratorio.
Las muestras recolectadas se mantuvieron refrigeradas antes del envío y
fueron transportadas en hieleras de estereofón apropiadamente cerradas, hasta el
laboratorio para los respectivos análisis. El transporte de las muestras se debe
hacer en neveras y las muestras analizadas lo más pronto posible para evitar la
pérdida de hidrocarburos volátiles o fotolíticos y biodegradación por bacterias, esto
de acuerdo con “The Manual of Sampling and Analytical Methods for Petroleum
Hydrocarbons in Groundwater and Soil” editado por Kane (1987).
Con respecto a la temperatura esta se midió con un termómetro de
mercurio cada 15 días, tomando dos diferentes puntos a lo largo de la abonera y a
dos distancias de profundidad, 10 cm y 30 cm. El pH se midió semanalmente
tomando 60 g de una muestra compuesta preparada de igual forma que para las
primeras cinco pruebas.
Por último, el volumen se midió utilizando una regla móvil en forma de
escuadra y preparada con tubos de PVC, con el objetivo de medir el alto, largo y
26
ancho de las aboneras, determinando el volumen a través de la formula de las
áreas medias (Bouchard y Moffitt, 1968).
4.6.
PARAMETROS MEDIDOS
Las muestras fueron analizadas en el Laboratorio Químico Lambda S.A. en
San José, Costa Rica; el cual utiliza los métodos que provienen del manual
“Standards methods for the examination of water and wastewater” (Eaton et al,
1995). Dichas metodologías se explican brevemente a continuación:
− Hidrocarburos volátiles: El método empleado se denomina “ Analysis of light
boiling hydrocarbons in water” (American Public Health Association, 1987).
− Determinación de DBO5: el método utilizado fue el 5210 B, le cual consiste
en medir el oxígeno disuelto antes y después de incubar las muestras por 5
días.
− Determinación de DQO: el método utilizado fue el 5220 B, el cual consiste
en la oxidación de toda la materia orgánica con dicromato de potasio (k2Cr2
O7).
− Determinación de grasas y aceites: el método utilizado es el 5520 D, el cual
consiste en recuperar las grasas y aceites de la muestra mediante una
mezcla de diversos solventes como: metil-ter-butil eter (MTBE) y hexano.
− Humedad: el método utilizado consiste en evaporar el agua de una muestra
para determinar la diferencia entre el peso inicial y el final. El porcentaje de
humedad resulta de dividir esta diferencia entre el peso inicial y multiplicarlo
por cien (Arrieta, 1998).
− Determinación de pH: los análisis se realizaron en el laboratorio de suelos y
aguas de la Universidad EARTH, bajo la metodología de los editores
Briceño y Pacheco (1984) en el texto “ Métodos analíticos para el estudio
27
de suelos y plantas”. Para ello se tomó una muestra de 10 gr por
tratamiento, se añadieron 25 ml de agua destilada y se agitó por 10 minutos
para medir con un pH metro estándar.
Se emplearon las anteriores pruebas ya que son las más comúnmente
utilizadas como indicadoras de la degradación de desechos. Además en sesiones
de trabajo con los funcionarios de RECOPE, se recomendaron estas pruebas
como las más convenientes para la institución en términos de costos; por otra
parte un estudio previo sobre “Biodegradación de los fondos de los tanques de
almacenamiento de crudo liviano” (Maroto, 1996), también utilizaron parte de estos
análisis como indicadores de degradación.
4.7.
ANÁLISIS DE DATOS
Debido a que el diseño experimental se planeó con 3 repeticiones por
tratamiento y de ellos sólo una muestra compuesta se llevó a analizar al
laboratorio4, no es posible realizar ningún análisis estadístico; sin embargo, se
realizaron simples comparaciones entre los resultados de los diferentes
tratamientos, aunque estadísticamente no son confiables, con el objeto de
determinar tendencias en el comportamiento general de las pruebas.
4
Se afrontó esta situación debido a que se contaban con escasos recursos
económicos para llevar a cabo el estudio.
28
5.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
El proyecto evaluó la efectividad del uso de Microorganismos Eficientes
(EM) como promotores de la biodegradación de desechos (básicamente lodos)
provenientes del refinamiento del petróleo. Para ellos se diseñó un sistema de
tratamiento tipo “aboneras” en las cuales se pretendió promover el compostaje, es
decir la biodegradación de los hidrocarburos, a través de 3 tratamientos que
incluyeron el uso de EM. Los parámetros que se usaron para evaluar la efectividad
de los tratamientos fueron: hidrocarburos volátiles, DBO5, DQO, grasas y aceites.
Para efectos de interpretación, un tratamiento es efectivo sí muestra una paulatina
disminución en los valores de estos parámetros con el paso del tiempo. Además,
se emplearon otros parámetros como: humedad, temperatura, pH y volumen, los
cuales se pretendían correlacionar con los anteriores cuatro parámetros. Por
último, el proyecto también incluyó una determinación de los costos variables
asociados a cada tratamiento.
5.1.
HIDROCARBUROS VOLÁTILES
Los hidrocarburos volátiles disminuyeron gradualmente en todos los
tratamientos y es posible suponer que factores externos como: la temperatura, la
luz y la circulación del aire incidieron en mayor medida que los Microorganismos
Eficientes en la degradación de este tipo de hidrocarburos; por sus características,
son más fácilmente degradados por volatilización que por efecto microbiano
(Ordóñez, 1996). En la figura 4 se puede apreciar el cambio en la concentración
de hidrocarburos volátiles en cada tratamiento durante el periodo de la prueba;
estos se redujeron sustancialmente con el paso del tiempo.
29
Testigo
EMA
EMA+melaza
EMA+bokashi
8.00
3
-1
(x10 mg kg )
Hidrocarburos volátiles
9.00
7.00
6.00
5.00
4.00
3.00
2.00
1.00
0.00
0
15
30
45
60
Tiempo (días)
Figura 4. Valores de hidrocarburos volátiles x 103 mg kg-1.
En promedio, los tratamientos redujeron un 98.0% su concentración de
hidrocarburos volátiles iniciales con respecto a los valores finales. El tratamiento
que mejor se comportó fue el testigo, el cual redujo su concentración a un 98.4% a
los 60 días. Sin embargo, los tratamientos EMA, EMA+melaza y EMA+bokashi
que recibieron aplicaciones de EM habían alcanzado una degradación similar 15
días antes que el testigo (ver cuadro 1), lo que pareciera deberse a la acción de
los microorganismos utilizados. En la muestra del día 60 la concentración de
hidrocarburos volátiles aumentó en un 1% respecto al muestreo anterior para los
tratamientos EMA, EMA+melaza y EMA+bokashi, este comportamiento de la
última semana no corresponde con lo esperado y es muy probable que se deba a
un error de muestreo (ver anexo 1).
30
Cuadro 1. Reducción de hidrocarburos volátiles en porcentaje.
Días
Tratamientos
0
15
30
45
60
Testigo
0.00
71.88
90.47
97.03
98.44
EMA
0.00
66.67
98.50
98.33
97.00
EMA+melaza
0.00
85.71
97.86
98.43
97.57
EMA+bokashi
0.00
88.89
96.89
98.89
98.11
Otras observaciones importantes que se deben mencionar se relacionan
con la disminución de olores desagradables (olores fuertes similares a petróleo) en
las camas que recibieron EM. En general todos los tratamientos que recibieron EM
mostraron una reducción considerable en el olor proveniente de las “aboneras”,
esta disminución se comenzó a notar en la segunda quincena.
31
Cuadro 2. Presencia de olores desagradables.
Días
Tratamiento
0
15
30
45
60
Testigo
+
+
+
+
+
EMA
+
+
-
-
-
EMA+melaza
+
+
-
-
-
EMA+bokashi
+
+
-
-
-
5.2.
DEMANDA BIOQUIMICA DE OXÍGENO (DBO5)
Los valores iniciales de DBO5 de los tratamientos EMA+melaza,
EMA+bokashi y EMA son más altos que el testigo, debido a que las aplicaciones
de los tratamientos contienen materia orgánica de fácil degradación, provocando
que los microorganismos consuman más cantidad de oxígeno durante el periodo
de incubación de 5 días de la prueba. A su vez, esto indica que la disposición de
estos materiales favorece una rápida descomposición del desecho, ya que los
microorganismos, sobretodo las bacterias facultativas, emplean los carbonos que
se encuentran en los hidrocarburos como aceptores finales de electrones y los
materiales agregados (sea melaza o bokashi) como fuente de energía; así se
explica que los tratamientos con los valores más altos de DBO5 sean EMA+melaza
y EMA+bokashi. El tratamiento EMA no se desempeño tan favorablemente porque
no se aplicó materia orgánica que sirviera de fuente de energía para los
microorganismos (ver figura 5).
En todos los tratamientos se identificó un descenso en la cantidad de
oxígeno necesario para oxidar la materia orgánica; es decir, que se degradaron
aquellos materiales sobre los cuales los microorganismos pueden desarrollarse.
En promedio todos los tratamientos redujeron su DBO5 inicial en un 83.0%, siendo
32
el tratamiento EMA+melaza en el que se degradó mayor cantidad del desecho, un
86.1%.
A pesar de que el testigo no recibió aplicación de EM activado, redujo su
DBO5 en un 83.9%; es interesante resaltar que los tratamientos que recibieron
aplicaciones de EM activado alcanzaron valores menores con respecto al testigo
durante las primeras tres semanas, así por ejemplo el testigo presentó un valor
final de 2.5 x 103 mg kg-1 de DBO5, mientras que el tratamiento EMA+bokashi sólo
1.10 x 103 mg kg-1, lo cual hace suponer que el EM activado acompañado de una
fuente de energía tiene un efecto positivo sobre la degradación, ya que permitiría
acortar el tiempo de degradación de los hidrocarburos.
Sin embargo, no es posible confirmar esta tendencia a lo largo la
investigación, pues a los 45 días los tratamientos EMA+melaza y EMA+bokashi
aumentaron los valores de DBO5. A pesar de esta situación, el tratamiento EMA
que también fue asperjado con EM activado mantiene una tendencia hacia la
disminución más rápida si se compara con el testigo a pesar de que no contaba
con una fuente de energía extra fácilmente disponible (ver figura 5).
DBO5 (X103 mg kg-1)
6.00
Testigo
EMA
EMA+melaza
EMA+bokashi
5.00
4.00
3.00
2.00
1.00
0.00
0
15
30
Tiempo (días)
Figura 5. Valores de DBO5 x 103 mg kg-1.
33
45
60
5.3.
DEMANDA QUÍMICA DE OXÍGENO (DQO) Y GRASAS Y ACEITES
No existe una clara tendencia en el comportamiento del DQO y es evidente
que existió un error de muestreo, pues los valores de DQO cambian (aumentando
y disminuyendo) de una semana a otra drásticamente. Respecto a los valores de
muestreo en el día 0 (ver figura 6), se considera que las diferencias no son
significativas cuando se trata de valores de DQO tan altos. Sin embargo, los
valores finales descienden en un 18.4% en todos los tratamientos con respecto a
la concentración inicial, en este caso el tratamiento EMA+melaza mantuvo su
concentración relativamente constante durante toda la prueba, siendo el valor final
igual al inicial.
Se esperaba que sí existía una disminución constante del DQO los
tratamientos eran efectivos; sin embargo, esta hipótesis no se confirmó y no es
posible determinar ninguna tendencia con respecto a la biodegradación de los
compuestos orgánicos más pesados (ver figura 6).
Las grasas y aceites se degradaron en un 18.3% y un 23.3% con respecto
al valor inicial en el testigo y el tratamiento EMA+bokashi respectivamente. En
cuanto a los otros tratamientos (EMA y EMA+melaza) no se confirmó una
tendencia, debido a que los valores fluctuaron disminuyendo y aumentando de una
semana a la otra; incluso terminaron la investigación con valores más altos que los
iniciales.
Los valores incongruentes que se observan en la gráfica de grasas y
aceites a lo largo del experimento como en los datos iniciales, podrían deberse a
la falta de una homogenización adecuada de la muestra, la cual no representa las
características de la pila en su totalidad. La mezcla del desecho con el suelo de la
pila no fue homogénea al inicio del estudio debido a las características de los
lodos, los cuales son pegajosos y densos.
34
También los valores encontrados podrían deberse al hecho de que el
método empleado cuantificó grasas y aceites que en mediciones anteriores no
fueron detectados. Esto se explica porque los microorganismos degradaron de
alguna manera las grasas y aceites, estos compuestos pasaron a otras formas de
más fácil extracción y pudieron cuantificarse en mediciones posteriores; el
comportamiento que se nota con tendencia hacia el aumento, podría ser en
realidad que se están degradando las grasas y aceites hacia formas más simples
con la ayuda de los microorganismos. No obstante, los valores erráticos al inicio
del estudio le restan importancia a cualquier comparación posterior, debido a que
no existe un valor de comparación para los datos que se generaron
posteriormente con los análisis de laboratorio.
35
140.00
Testigo
EMA
EMA+melaza
EMA+bokashi
DQO (x10 3 mg kg -1)
120.00
100.00
80.00
60.00
40.00
20.00
0.00
10.00
9.00
Grasas y aceites
(x10 3 mg kg-1)
8.00
7.00
6.00
5.00
4.00
Testigo
EMA
EMA+melaza
EMA+bokashi
3.00
2.00
1.00
0.00
0
15
30
45
60
Tiempo (días)
Figura 6. Valores de DQO y grasas y aceites x 103 en mg kg-1.
5.4.
CONDICIONES DE HUMEDAD, TEMPERATURA, pH Y VOLUMEN
La humedad en los tratamientos se mantuvo en rangos del 40% a 30% a lo
largo de la prueba, lo cual corresponde con la humedad recomendada para
realizar el proceso de compostaje; solamente en el tratamiento EMA+melaza la
humedad descendió de un 30% a un 15% en el último periodo de 14 días (ver
figura 7).
36
En periodos de fuertes lluvias, la humedad aumentó considerablemente en
algunas de las repeticiones de los tratamientos, afectando principalmente la
distribución del desecho, el cual se concentró en grumos que no se mezclaron
uniformemente en la “abonera”. Cuando la humedad descendió en estos
tratamientos los grumos se integraron mejor en la totalidad de la abonera y por lo
tanto recibieron más uniformemente la aplicación de EM activado o melaza según
el caso de cada tratamiento.
Por comprobación visual en campo se presentaron problemas de alta
humedad principalmente en las repeticiones de los tratamientos EMA+melaza y
EMA+bokashi, aunque en el tratamiento EMA se presentaron las mayores
diferencias de humedad de una repetición a otra. El testigo fue en el que sus
repeticiones resultaron afectadas en menor medida, por el aumento de humedad
en las aboneras. Los problemas de humedad en las camas se presentaron porque
el piso de cemento donde se colocaron pilas de compostaje, no tenía una
pendiente que permitiera la salida del agua de lluvia, por lo que en algunas zonas
el agua se acumuló debajo de las camas y por capilaridad subió a estas.
En las pruebas de laboratorio, la humedad de las muestras compuestas
recolectadas, presentó un comportamiento adecuado para los tratamientos EMA y
EMA+bokashi, mas no para los tratamientos testigo y EMA+melaza. Sin embargo,
la medición en laboratorio fue determinada por medio de una muestra compuesta,
que no representó las condiciones de campo por lo que la evaluación visual en el
campo tiene mayor validez.
37
45.00
40.00
Humedad (%)
35.00
30.00
25.00
Testigo
20.00
EMA
15.00
EMA+melaza
EMA+bokashi
10.00
5.00
0.00
31.0
Temperatura (C 0)
30.5
30.0
Testigo
29.5
EMA
29.0
EMA+melaza
28.5
EMA+bokashi
28.0
27.5
27.0
7.70
pH
7.60
7.50
Testigo
7.40
EMA
7.30
EMA+melaza
7.20
EMA+bokashi
7.10
7.00
0
15
30
45
60
Tiempo (días)
Figura 7. Valores de humedad, temperatura y pH.
La temperatura en los tratamientos varió 1°C entre la zona más externa y la
interna que estuvo más caliente. En promedio las temperaturas se registraron en
un rango de 28 0C a 31 0C, el cual es aceptable para la actividad de los
38
microorganismos. Se esperaba que las “aboneras” aumentaran más su
temperatura, ya que este es un buen indicador de actividad biológica; sin
embargo, el tamaño de la abonera y su composición no favoreció el proceso,
sobre todo porque la tierra (mayor componente) no es un buen conductor de calor.
Además, no fue posible observar picos de aumento en el comportamiento de la
temperatura que se pudieran relacionar con la degradación del desecho. En la
figura 7 se muestra el comportamiento de la temperatura interna en las aboneras.
Los valores de pH de acuerdo con la figura 7 no son confiables pues varían
de una medición a otra. Los resultados esperados eran que el pH disminuyera a
condiciones ácidas a lo largo del experimento, efecto de la actividad microbiana
del EM. Sin embargo, el pH se mantuvo en niveles cercanos a 7.0 y por tanto en
condiciones adversas a la actividad de los microorganismos, de ahí la importancia
de inocular el desecho de forma constante, puesto que la capacidad de los
microorganismos de desarrollarse a pH altos, es limitada.
Otro aspecto que se esperaba correlacionar era la disminución del volumen
con la degradación del desecho a lo largo del experimento; no obstante, un
análisis estadístico de varianza considerando los días, demostró que no hubo
reducciones en los volúmenes de los tratamientos durante el periodo de prueba
(ver anexo 7). Es importante resaltar que el suelo es el mayor componente de la
pila de compostaje, de modo que la degradación del desecho pudo no
cuantificarse con la metodología empleada, sobretodo porque la medición de las
áreas cambiaba conforme se volteaba la pila de compostaje. Sin embargo, otras
pruebas demostraron tendencias de que si hubo degradación de desechos, por lo
que el volumen no es un indicador a utilizar para considerar si hubo o no
biodegradación. En la figura 8 se observa el comportamiento constante de los
volúmenes durante el experimento.
39
3.50
Volumen (m 3)
3.00
2.50
Testigo
EMA
EMA+melaza
EMA+bokashi
2.00
1.50
1.00
0.50
0.00
0
15
30
45
Días
Figura 8. Valores de volumen en m3
5.5.
COSTOS DE LOS TRATAMIENTOS
En relación con los costos de los tratamientos existe un costo fijo que
incluye: mano de obra y el acondicionamiento del área que básicamente consistió
en ofrecer protección contra la lluvia y evitar los lixiviados (piso de cemento),
además ha de incluirse el transporte de los materiales empleados (suelo y
desecho). Por otro lado, se incurrió en un costo variable para cada tratamiento
dependiendo de los insumos utilizados.
En el figura 9 se observa el costo variable con relación al testigo que es
$0.00 USD; el tratamiento con mayores costos variables es el EMA+bokashi con
$80.72 USD para tratar 1.0 m3 de desecho. Entre los tratamientos EMA y
EMA+melaza la diferencia es poca puesto que sólo se incrementa el costo en el
tratamiento EMA+meleaza por concepto de melaza.
Los costos internacionales totales (costos fijos y variables) para el
tratamiento de desechos similares varían en el mercado internacional entre $30 y
40
$60 USD por metro cúbico (Bourrouet, 20025). Mientras que utilizando EM en los
tratamientos EMA, EMA+melaza y EMA+bokashi, los costos variables para tratar
un metro cúbico son de $6.81, $8.84 y $80.72 USD respectivamente. A pesar de
que solamente se han contabilizado los costos variables, estos son muy bajos en
el caso de los tratamientos EMA y EMA+melaza, de modo que podrían constituir
una buena opción considerando que no se debe importar tecnología de otros
países.
Debido a que en el experimento el tratamiento EMA presentó muchas
variables en los valores de los parámetros analizados, no se recomienda su
empleo. Sin embargo, el tratamiento EMA+melaza, que se comportó de forma más
constante podría constituir una alternativa para el tratamiento de estos desechos.
Costo en $
100
80
60
40
20
0
Testigo
EMA
EMA+melaza EMA+bokashi
Figura 9. Comparación de costos variables entre los tratamientos.
5
Bourrouet, F. Comunicación oral con el administrador de la oficina para la calidad
de RECOPE, Limón. 2002.
41
6.
•
CONCLUSIONES
La efectividad de los Microorganismos Eficientes (EM) para promover la
biodegradación de los desechos provenientes de la actividad de
refinamiento del petróleo no se pudo confirmar con completa certeza,
debido a la falta de recursos económicos para realizar un mayor número de
análisis de laboratorio que permitieran pruebas estadísticas. Sin embargo,
en ciertas ocasiones es posible observar que existe una tendencia positiva
en los valores de los parámetros empleados sobretodo en los tratamientos
EMA+melaza y EMA+bokashi. Pero la situación de contar con sólo un
resultado por tratamiento no permite distinguir con certeza cual tratamiento
fue más efectivo.
•
La alta variabilidad en el comportamiento de los parámetros no permitió
determinar la degradación exacta de hidrocarburos provocada por el EM,
pero se pueden observar tendencias positivas de degradación de
hidrocarburos en los tratamientos donde se agregó EM. El proceso de
degradación, al menos de las sustancias orgánicas de menor peso, fue de
mayor rapidez en los primeros 45 días en los tratamientos que recibieron
aplicaciones de EM. Esto es un buen indicio, porque de confirmar esta
tendencia, sería posible disminuir los costos del tratamiento de los
desechos bajo el método de compostaje en camas empleado en este
proyecto.
•
La temperatura, el pH y el volumen no coincidieron con el comportamiento
esperado. Dichos parámetros no parecen ser buenos indicadores de
actividad microbiológica en el tratamiento de desechos de petróleo.
•
Los costos de implementar un sistema de biodegradación utilizando EM
podrían ser menores a los costos de otros sistemas disponibles en el
42
mercado de tratamiento de este tipo de desechos. Sin embrago, se requiere
mayor estudio para confirmar esta hipótesis.
43
7.
RECOMENDACIONES
Aun cuando no se pudo comprobar las bondades de la aplicación de EM para la
degradación de lodos provenientes del refinamiento de petróleo, existe suficiente
evidencia que este puede reducir el tiempo de degradación. Por lo tanto, es
recomendable seguir experimentando con mayor detalle y rigurosidad. Para
experimentos posteriores se recomienda tomar en cuenta las siguientes
consideraciones:
•
Establecer en la metodología un mayor número de muestras destinadas a
los
análisis
de
laboratorio,
con
el
objetivo
de
obtener
datos
estadísticamente confiables que respalden las observaciones.
•
Realizar recuentos de densidad microbiana que permitan confirmar la
presencia y comportamiento de las colonias de microorganismos en el
suelo; con el fin de verificar que la degradación corresponda a actividad
microbiana, además de otros factores que intervienen.
•
Incluir en los tratamientos fuentes de nitrógeno disponible para los
microorganismos con el objetivo de favorecer su desarrollo.
•
Descartar el uso del Bokashi para el tratamiento de los lodos de petróleo
debido a que los costos del sistema no son competitivos con los precios en
el mercado internacional. Se podría experimentar con otras fuentes más
baratas como la gallinaza, que además ya constituye una fuente de
nitrógeno disponible.
•
Incluir dentro de la metodología fuentes de aireación que ventilen las camas
de compostaje para favorecer la velocidad de degradación, como
tratamiento a evaluar.
44
•
Determinar otros parámetros para controlar la degradación de los
desechos, entre los cuales están: contenido de nutrientes en el suelo y en
las fuentes de energía agregadas a las camas de compostaje; para
asegurar el suministro de nutrientes a los microorganismos.
•
Verificar que los residuos de petróleo estén libres de sustancias tóxicas
para evitar riesgos de contaminación.
•
Realizar un análisis químico inicial para determinar la constitución del
desecho y la cantidad de metales pesados presentes.
45
8.
LITERATURA CITADA
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methods for petroleum hydrocarbons in groundwater and soil. Report
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46
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Kane, M. 1987. Manual of Sampling and Analytical Methods for Petroleum
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abono orgánico líquido fermentado sobre el crecimiento de lechuga
(Lactuca sativa cv. Emperador) en Finca Integrada Orgánica de EARTH.
Proyecto de graduación. EARTH. Guácimo, Costa Rica. 32 p.
47
9.
ANEXOS
Anexo 1. Valores de hidrocarburos volátiles x103 mg kg-1.
Tratamiento
Días
0
15
30
45
60
Testigo
6.40
1.80
0.61
0.19
0.10
EMA
6.00
2.00
0.09
0.10
0.18
EMA+melaza
7.00
1.00
0.15
0.11
0.17
EMA+bokashi
9.00
1.00
0.28
0.10
0.17
Anexo 2. Valores de DBO5 x103 mg kg-1.
Tratamiento
Días
0
15
30
45
60
Testigo
3.60
3.40
2.25
1.50
0.58
EMA
4.10
3.00
2.00
1.13
0.75
EMA+melaza
5.40
4.40
1.80
2.10
0.75
EMA+bokashi
4.30
3.00
1.10
1.12
0.85
Anexo 3. Valores de DQO x103 mg kg-1.
Tratamiento
Días
0
15
30
45
60
Testigo
110.00
128.00
90.00
83.00
65.00
EMA
78.00
94.00
46.00
72.00
66.00
EMA+melaza
76.00
77.00
66.00
81.00
76.00
EMA+bokashi
86.00
111.00
82.00
83.00
71.00
49
Anexo 4. Valores de grasas y aceites x103 mg kg-1.
Días
Tratamiento
0
15
30
45
60
Testigo
9.30
9.00
7.80
8.00
7.60
EMA
6.20
6.60
5.60
7.00
6.80
EMA+melaza
3.50
4.00
3.20
4.50
4.60
EMA+bokashi
8.60
6.00
4.20
6.50
6.60
Anexo 5. Valores de humedad en porcentaje.
Tratamiento
Días
0
15
30
45
60
Testigo
34.70
24.90
35.90
30.50
33.10
EMA
34.10
34.60
30.80
29.90
30.10
EMA+melaza 39.80
38.10
37.70
32.90
15.60
EMA+bokashi 38.90
38.40
37.80
36.10
37.30
50
Anexo 6. Valores de volumen en m3.
Días
Repeticiones
0
15
30
45
Testigo-1
2.88 1.95 2.48 2.82
Testigo-2
2.03 2.20 2.18 2.07
Testigo-3
2.42 2.27 1.81 2.09
EMA-1
2.61 1.92 2.39 2.29
EMA-2
1.80 1.52 1.68 1.51
EMA-3
2.04 2.41 2.47 1.90
EMA+melaza-1
2.36 2.12 2.23 2.31
EMA+melaza-2
2.38 2.33 2.19 2.62
EMA+melaza-3
2.04 2.38 2.09 2.28
EMA+bokashi-1 2.73 2.91 2.84 2.89
EMA+bokashi-2 2.83 2.73 2.60 2.81
EMA+bokashi-3 2.97 3.10 2.68 2.47
Anexo 7. Análisis estadístico de varianza para el volumen considerando los
días.
Fuente
Grados de Suma de Cuadrado Valor de Valor de
libertad cuadrados medio
F
P
Tratamientos
3
3.66
1.22
22.96 < 0.0001
Repeticiones
2
0.56
0.28
5.33 0.0121
Repeticiones x tratamientos
6
1.01
0.17
3.19 0.0192
Días
3
0.10
0.03
0.65 0.5889
Tratamientos x días
9
0.43
0.05
0.91 0.5343
51
Anexo 8. Valores de pH.
Tratamiento
Días
0
15
30
45
60
Testigo
7.41 7.26 7.45 7.21 7.61
EMA
7.38 7.36 7.37 7.24 7.52
EMA+melaza
7.47 7.26 7.48 7.34 7.61
EMA+bokashi 7.32 7.31 7.45 7.31 7.57
Anexo 9. Valores de la temperatura en 0C.
Días
Repeticiones
0
15
30
45
Interna Externa Interna Externa Interna Externa Interna Externa
Testigo-1
31.0
29.0
29.0
30.0
29.0
30.0
29.0
32.0
Testigo-2
30.0
29.0
29.0
30.0
29.0
30.5
29.0
29.0
Testigo-3
29.0
28.0
29.0
30.0
29.0
30.0
27.0
28.0
EMA-1
29.0
28.0
29.0
30.0
29.5
30.5
30.0
32.0
EMA-2
30.0
29.0
29.0
30.0
29.0
30.0
30.0
29.0
EMA-3
30.0
28.0
29.0
30.0
28.5
30.0
30.0
29.0
EMA+melaza-1
30.0
29.0
29.0
30.0
30.0
30.5
31.0
32.0
EMA+melaza-2
30.0
28.0
29.0
30.0
29.0
29.5
29.0
29.0
EMA+melaza-3
30.0
29.0
29.0
30.0
28.0
30.0
29.0
29.0
EMA+bokashi-1
31.0
30.0
29.0
30.0
29.0
30.0
28.0
28.0
EMA+bokashi-2
31.0
29.0
29.0
30.0
28.0
30.0
28.0
28.0
EMA+bokashi-3
30.5
29.0
29.0
30.0
29.0
31.5
31.0
30.0
52
Anexo 10. Costos variables en dólares para tratar 1 m3 de lodos de desecho
provenientes del refinamiento del petróleo bajo los tratamientos
empleados en el estudio.
Tratamientos
Insumos
Testigo
EMA
EMA+melaza EMA+bokashi
EM activado
X
6.81
6.81
6.81
Melaza
X
X
2.03
2.03
Bokashi
X
X
X
71.88
0.00
6.81
8.84
80.72
Costos variables totales
Nota: no incluye mano de obra ni costos de transporte de tierra hasta el área de
tratamiento. El tipo de cambio utilizado fue de 371,65 colones por dólar.
53