PROYECTO-BACTERIAS-FINAL

1 TITULO DEL PROYECTO
Efecto simultáneo de la aplicación de bacterias hidrocarbonaclastas y el número de
volteos de tierra en la calidad de tierras agrícolas contaminada por 3 tipos de
hidrocarburos
2 INTRODUCCIÓN
La contaminación por hidrocarburos es un problema de carácter mundial y amplia, la
mayoría de actividades en las que el hombre utiliza el petróleo y sus derivados
causa impacto hacia el medio ambiente y provoca efectos negativos en la salud de
las personas, cuando el medio es afectado en el suelo se ven comprometidas las
propiedades físicas, químicas y microbiológicas de este y además se origina la
contaminación de los cuerpos de agua subterránea. En los últimos años se ha
incrementado el uso de tratamientos biológicos como la biotecnología o
biorremediación para limpiar suelos contaminados con hidrocarburos, además las
políticas ambientales de las industrias y empresas que generan estos pasivos
ambientales, se están direccionado a disminuir y mitigar los impactos ambientales
provocados por la contaminación con hidrocarburos.
Estos sistemas de descontaminación se basan en la digestión de las sustancias
orgánicas por los microorganismos, de la cual obtienen la fuente de carbono
necesaria para el crecimiento de sus células y una fuente de energía para llevar a
cabo todas las funciones metabólicas que necesitan sus células para su crecimiento.
Para que estos procesos metabólicos se lleven a cabo, y puedan ser utilizados como
una técnica remediativa, será necesario que existan en el medio unas condiciones
fisico-químicas óptimas.
La descomposición microbiana del petróleo y sus derivados es de considerable
importancia económica y ambiental, el proceso de biodegradación de los
hidrocarburos es complejo y depende de ciertos factores como las características de
los hidrocarburos, factores ambientales que regulan la actividad biológica y la
naturaleza de la comunidad microbiana.
3 PLANTEAMIENTO Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
3.1 Planteamiento del problema
La problemática actual de los sitios contaminados con hidrocarburos, es que hasta
hace pocos años, prácticamente no existía una conciencia del grado de dificultad y
del enorme costo de la remediación de suelos, cuerpos de agua y atmósfera
contaminados, lo que representa hoy para la sociedad un gran costo económico
(Schmidt, 2000). Dicha contaminación está ocasionando el deterioro progresivo de la
calidad del medio ambiente y genera una amenaza real a la salud pública, así como
la extinción.
El problema de los suelos contaminados con hidrocarburos radica en que hasta hace
pocos años no existía conciencia del grado de la dificultad y el costo que representa
la remediación de los suelos y cuerpos de agua contaminados para la sociedad, por
lo que es más caro remediar que prevenir. (Saval 1995). El petróleo en el suelo
causa problemas ecotoxicológicos; los daños para las plantas y los microorganismos
se originan por el potencial tóxico, carcinogénico y mutagénico de los hidrocarburos
(Pothuluri & Cerniglia, 1994).
En el caso del suelo, los hidrocarburos impiden el intercambio gaseoso con la
atmósfera, iniciando una serie de procesos físico-químicos simultáneos, como
evaporación y penetración, que dependiendo del tipo de hidrocarburo, temperatura,
humedad, textura del suelo y cantidad vertida pueden ser procesos más o menos
lentos lo que ocasiona una mayor toxicidad. Además de tener una moderada, alta o
extrema salinidad, lo que dificulta su tratamiento, debido a que altos gradientes de
salinidad pueden destruir la estructura terciaria de las proteínas, desnaturalizar
enzimas y deshidratar células, lo cual es letal para muchos microorganismos usados
para el tratamiento de aguas y suelos contaminados (Restrepo, 2002).
Las técnicas de bioaumentación describe la adición de organismos o enzimas a un
material con el propósito de eliminar sustancias indeseables (Shmaefsky, 1999). Las
bacterias
son
los
microorganismos
más
comúnmente
bioaumentación (Shmaefsky, 1999; Saponaro et al, 2002).
utilizados
para
la
En investigaciones realizadas por Christon et al. (1997), Se logró una disminución de
hidrocarburos cercana al 95% con la adición de microorganismos al área de
tratamiento, mientras que en los campos no tratados la reducción fue del 14% Con el
fin de contrarrestar los efectos nocivos causados por la presencia del petróleo en los
ecosistemas marinos se han desarrollado técnicas físicas, químicas y biológicas que
buscan remover el mayor porcentaje del contaminante y disminuir el impacto
generado tras un derrame o acumulación progresiva. Entre las diversas técnicas, la
biodegradación es considerada actualmente la alternativa menos costosa para
transformar contaminantes presentes en diversos ecosistemas, teniendo en cuenta
que gran variedad de bacterias cuentan con la maquinaria enzimática para
transformar los compuestos xenobióticos persistentes y éstas pueden ser aisladas
de lugares donde haya existido una previa exposición al contaminante (Márquez et
al., 2001).
Los microorganismos son los agentes primarios de la degradación de contaminantes
orgánicos en el suelo, una premisa es que al incrementar la densidad microbiana en
un suelo contaminado, se puede también acelerar la degradación de los
contaminantes orgánicos como los hidrocarburos (Wan et al. 2002)
Las bacterias son los microorganismos más comúnmente utilizados para la
bioaumentación (Shmaefsky, 1999; Saponaro et al, 2002). Del mismo modo, se han
aislado de ambientes acuáticos, tanto de agua dulce como de aguas marinas. Este
género es uno de los más proclives a la degradación de compuestos orgánicos,
especialmente cepas de la especie Pseudomonas aeruginosa siendo una opción
muy viable el uso de esta cepa para el proceso de biorremediación, ya que son
microorganismos que parecen ser el más ubicuo y el más adaptable a los diferentes
contaminantes (Gómez et al, 2008).
3.2 Formulación del problema
3.2.1 Problema general
¿Cuál es el efecto simultáneo de la aplicación de bacterias hidrocarbonaclastas y el
número de volteos de tierra en la calidad de tierras agrícolas contaminada por 3
tipos de hidrocarburos?
3.2.2 Problemas específicos
-
¿Cuál
es
el
efecto
simultáneo
de
la
aplicación
de
bacterias
hidrocarbonaclastas y el número de volteos de tierra en la calidad física del
suelo agrícola contaminada por 3 tipos de hidrocarburos?
-
¿Cuál
es
el
efecto
simultáneo
de
la
aplicación
de
bacterias
hidrocarbonaclastas y el número de volteos de tierra en la calidad química del
suelo agrícola contaminada por 3 tipos de hidrocarburos?
-
¿Cuál
es
el
efecto
simultáneo
de
la
aplicación
de
bacterias
hidrocarbonaclastas y el número de volteos de tierra en la calidad biológica
del suelo agrícola contaminada por 3 tipos de hidrocarburos?
-
¿Cuál
es
el
efecto
simultáneo
de
la
aplicación
de
bacterias
hidrocarbonaclastas y el número de volteos de tierra agrícola en el tiempo de
biodegradación de 3 tipos de hidrocarburos?
3.2.3 Justificación del proyecto
La contaminación del medio ambiente (aire, agua y suelo) por los hidrocarburos
provoca deterioro de la calidad ambiental y se puede convertir en un problema de
salud pública, si no tiene un manejo correcto estos pueden convertirse en pasivos
ambientales de mucha importancia, entre las principales causas de la contaminación
del suelo por hidrocarburo está, un manejo inadecuado, procesos obsoletos,
derrames, mala disposición final, además la falta de controles y leyes más exigentes
por parte de las autoridades ambientales. Competentes.
Los hidrocarburos afectan a las propiedades físicas y químicas del suelo, como el
pH, textura, permeabilidad, pérdida de capacidad de soporte al crecimiento vegetal y
causan un impacto paisajístico. Para limpiar zonas afectadas con hidrocarburos
existen
tratamientos
físicos,
químicos
y
biológicos,
siendo
éstos
últimos
ambientalmente seguros y económicamente accesibles a la hora de realizar
tratamientos de biorremediación de hidrocarburos. Los tratamientos biológicos
emplean microorganismos (bacterias y hongos), los cuales transforman los
contaminantes presentes en una matriz sólida o liquida y recuperan la matriz
original.
3.2.4 Marco legal
3.2.4.1 Constitución Política del Perú
La Constitución Política del Perú de 1993, en su artículo 2°, inciso 22, establece
que: "Toda persona tiene derecho a la paz, la tranquilidad, al disfrute del tiempo libre
y al descanso, así como a gozar de un ambiente equilibrado y adecuado para el
desarrollo de su vida". Asimismo, en los artículos 66°, 67°, 68° y 69° establece que
los recursos naturales, renovables y no renovables son patrimonio de la Nación,
siendo el Estado el que debe promover el uso sostenible de éstos; así como, la
conservación de la diversidad biológica y de las áreas naturales protegidas. (Estado
Peruano, 1993)
3.2.5 ECA Suelo
3.2.5.1 Artículo 1º
Aprobación de los Estándares de Calidad Ambiental (ECA) para Suelo Apruébese
los Estándares de Calidad Ambiental (ECA) para Suelo, contenidos en el Anexo I del
presente Decreto Supremo.
3.2.5.2 Artículo 8°
Planes de Descontaminación de Suelos (PDS) Cuando se determine la existencia de
un sitio contaminado derivado de las actividades extractivas, productivas o de
servicios, el titular debe presentar el Plan de Descontaminación de Suelos (PDS), el
cual es aprobado por la autoridad competente. El PDS determina las acciones de
remediación correspondientes, tomando como base los estudios de caracterización
de sitios contaminados, en relación a las concentraciones de los parámetros
regulados en el Anexo I. En caso el nivel de fondo de un sitio excediera el ECA
correspondiente para un parámetro determinado, se utilizará dicho nivel como
concentración objetivo de remediación. Para sitios afectados mayores a 10000 m2,
se podrá tomar como base los niveles de remediación que se determinen del estudio
de evaluación de riesgos a la salud y al ambiente, a cargo del titular de la actividad.
Para el caso de la evaluación de riesgos a la salud humana, la autoridad competente
requerirá la opinión técnica favorable de la Autoridad de Salud, previa a la
aprobación del PDS. Las entidades de fiscalización ambiental o autoridades
competentes podrán identificar sitios contaminados y exigir, a través de estas
últimas, la elaboración de Planes de Descontaminación de Suelos, que deberán ser
presentados en un plazo no mayor de doce (12) meses, contados desde la fecha de
notificación al titular de la actividad extractiva, productiva o de servicios, responsable
de la implementación de las medidas de remediación correspondientes. El plazo
para la ejecución del PDS no será mayor a tres (03) años, contados desde la fecha
de aprobación del mismo. Solo por excepción y en caso técnicamente justificado, se
podrá ampliar este plazo por un (01) año como máximo.
3.2.5.3 Artículo 9°
Descontaminación de Suelos derivados de una emergencia En casos de
emergencia, el titular deberá activar el Plan de Contingencia correspondiente,
procediendo a ejecutar inmediatamente las acciones de remediación destinadas a
reducir los impactos ocasionados. En caso el titular de la actividad no contara con
este instrumento, ello no lo exime de la ejecución inmediata de medidas destinadas
a cumplir con los ECA de suelo vigentes. En ambos casos señalados anteriormente,
el cronograma de remediación es remitido a la entidad de fiscalización ambiental
correspondiente para el seguimiento del cumplimiento del mismo.
3.2.5.4 Artículo 10°
Planes de Descontaminación de Suelos (PDS) derivados de actividades extractivas,
productivas o de servicios Los titulares con actividades en curso, cuenten o no con
un instrumento de gestión ambiental aprobado o vigente, deberán realizar un
muestreo exploratorio del suelo dentro del emplazamiento y áreas de influencia de
sus actividades extractivas, productivas o de servicios, debiendo comunicar los
resultados obtenidos a la autoridad competente y a la entidad de fiscalización
ambiental correspondiente. Si como resultado del muestreo señalado encontrasen
sitios contaminados, deberán presentar el Plan de Descontaminación de Suelos
respectivo a la autoridad competente para su aprobación, en un plazo no mayor de
doce (12) meses, contados a partir de la vigencia del presente Decreto Supremo.
(MINAM, 2013)
3.2.6 Decreto Supremo N° 014-2010-PCM - Límites Máximos Permisibles para las
Emisiones Gaseosas y de Partículas de las Actividades del Sub Sector
Hidrocarburos
3.2.6.1 Artículo 3
Límites Máximos Permisibles para las emisiones gaseosas y de partículas de las
actividades del Sub Sector Hidrocarburos definidas en el presente Decreto Supremo
Apruébense los Límites Máximos Permisibles - LMP para las Emisiones Gaseosas y
de Partículas de las actividades o instalaciones de explotación, procesamiento y
refinación de petróleo del Sub Sector Hidrocarburos, de acuerdo a los valores que se
indican en los Anexos Nº 1 (LMP para actividades existentes o en curso, antes de la
vigencia de la presente norma) y Nº 2 (LMP para las actividades que se inicien
desde la vigencia de la presente norma); los mismos que forman parte integrante del
presente Decreto Supremo. (MINAM, 2010)
4 FORMULACIÓN DE LOS OBJETIVOS
4.1 Objetivo general
Explicar el efecto simultáneo de la aplicación de bacterias hidrocarbonaclastas y el
número de volteos de tierra en la calidad de tierras agrícolas contaminada por 3
tipos de hidrocarburos.
4.2 Objetivos específicos
-
Determinar
el
efecto
simultáneo
de
la
aplicación
de
bacterias
hidrocarbonaclastas y el número de volteos de tierra en la calidad física del
suelo agrícola contaminada por 3 tipos de hidrocarburos.
-
Determinar es el efecto simultáneo de la aplicación de bacterias
hidrocarbonaclastas y el número de volteos de tierra en la calidad química del
suelo agrícola contaminada por 3 tipos de hidrocarburos.
-
Determinar
el
efecto
simultáneo
de
la
aplicación
de
bacterias
hidrocarbonaclastas y el número de volteos de tierra en la calidad biológica
del suelo agrícola contaminada por 3 tipos de hidrocarburos.
-
Determinar
el
efecto
simultáneo
de
la
aplicación
de
bacterias
hidrocarbonaclastas y el número de volteos de tierra agrícola en el tiempo de
biodegradación de 3 tipos de hidrocarburos.
5
MARCO TEÓRICO
5.1 Estado del arte
PLaza, y otros (2001), evaluaron la eficiencia del proceso de biorremediación por
medio de la activación de bacterias autóctonas y por la inoculación de bacterias, y la
utilización de suelo recuperado como suelo de aporte para la biorremediación. El
trabajo comprende ensayos en laboratorio con suelos contaminados con residuos
empetrolado, el suelo fue extraído de un “landfarming” ubicado en Chango norte, al
norte de la provincia de salta – Argentina, la experiencia consiste en el seguimiento
en cajas de la evolución que presenta distintas combinaciones de suelo recuperado,
con mínima concentración de hidrocarburos totales y alterado con residuos de
petróleo de suelo recuperado alcanzando una concentración aproximada del 5%. La
humectación y aireado se realizaron dos veces por semana, tratando de mantener
una humedad aproximada del 15%, y removiendo con un pequeño escardillo para
lograr una mayor soltura de la tierra y permitir la aireación. Las muestras
permanecieron en cámara termostatizada a una temperatura de 29ºC +/-2 durante el
proceso. Las cajas, de material plástico y con capacidad de 15 litros fueron llenadas
con 10 litros de suelo recuperado o mezcla según corresponda, y sometidas a un
régimen de humectación y aireación similares al manejo de riego y laboreo de un
landfarming en condiciones de campo. En los casos de inoculación bacteriana, para
cada caja se procedió a suspender 20 gr del inóculo en 50 cc. de solución fisiológica,
se agregó agua destilada hasta completar 250 cc, se analizaron los suelos en campo
y en laboratorio, se observan las características de distintos suelos utilizados para el
tratamiento de residuos empetrolados. Teniendo como resultados en el suelo
proveniente del landfarming (SR I), existe un desequilibrio por el crecimiento de los
bacteriófagos a niveles superiores comparado con los suelos de campo (1400 a
8600), y por disminución de bacterias (1000 a 60 E10), identificando una eficiencia
de remoción en laboratorio (ex situ), así mismo la incorporación de nutrientes
favorece la degradación del contaminante alrededor del 70% de remoción de
hidrocarburos a los 55 días, 92 días. Concluyendo El suelo recuperado en las
condiciones de landfarming posee la capacidad degradativa del contaminante. Por lo
que se aconseja la reutilización, no siendo necesario recurrir a nuevos aportes de
suelos inalterados.
Rivera, y otros (2004), evaluaron la limpieza de suelos contaminados con petróleo
usando el pasto alemán Echinochloa polystachya asociado con poblaciones
autóctonas de bacterias y hongos rizisfericos. Para ello se realizó un experimento en
invernadero con un arreglo factorial 3x4x2 en un diseño completamente al azar con
4 repeticiones por tratamientos. Se utilizó suelo con 98 mg kg-1 de hidrocarburos
totales del petróleo (HTP) de origen biogénico; tres concentraciones de petróleo (98,
50 000 y 100 000 mg kg-1), cuatro tipos de inóculos (sin microorganismos, con
bacterias, con hongos y con asociación bacterias-hongos) y dos de planta (con
rizosfera y sin rizosfera del pasto alemán), fueron evaluados. Para cuantificar
bacterias y hongos se utilizó el método de recuento en cajas Petri. La degradación
de HTP se midió por espectrofotometría infrarroja con el método EPA 418.1, y la
producción de biomasa vegetal por peso seco. Las bacterias, los hongos y la
asociación bacterias-hongos tuvieron las poblaciones más grandes a los 120 d con
diferencias (p=0.05) en los tratamientos con rizosfera del pasto alemán en suelo con
50 000 mg kg−1 de HTP. Las poblaciones máximas fueron 16×107 UFC de bacterias
g−1 de suelo seco y 17×104 UFC de hongos. Las poblaciones de bacterias tuvieron
diferencias a los 60 y 120 d (p=0.05). El petróleo y el sistema rizosférico del pasto
alemán incrementaron las poblaciones, las cuales alcanzaron un máximo de 50 000
mg kg-1 HTP a los 60 d en suelo rizosférico; se encontraron 12×106 UFC g-1 de
suelo seco. Esta población fue 24 veces mayor que la población de bacterias del
suelo con 50 000 mg kg-1 HTP, pero sin rizosfera. A los 120 del patrón de las
poblaciones fue similar; el tratamiento con rizosfera y con 50 000 mg kg-1 HTP tuvo
la mayor población con 16×107 UFC, y fue 800 veces mayor que en el suelo sin
rizosfera. Este incremento de la población bacteriana es atribuible a la mayor
disponibilidad de carbono y nitrógeno, ya que ambos elementos son fuentes
energéticas para su metabolismo. Concluyendo que la reducción de los
hidrocarburos del petróleo a los 120 d fue significativo por efecto de la asociación
bacterias-hongos y por la rizosfera del pasto alemán. Esto confirma que las
asociaciones son más efectivas en la descontaminación del suelo que las
poblaciones individuales. La restauración del suelo mediante asociaciones de
bacterias y hongos nativos y pastos forrajeros, es una alternativa viable para la
limpieza de suelos contaminados con hidrocarburos del petróleo, aunque se reduce
la producción de biomasa vegetal.
Ortiz, y otros (2005), evaluaron procesos de biorremediación “ex situ” a escala de
laboratorio como una alternativa para el saneamiento de los suelos contaminados
con hidrocarburos en la ciudad de la Habana, Cuba. El diseño que utilizaron fue en
bloques, donde se evaluaron las técnicas de biorremediación y bioaumentación con
el producto BIOL – FC, el cual está formado por bacterias degradadoras de
hidrocarburos. Los estudios fueron realizados en parcelas (41 cm de largo x 30 cm
de ancho x 2,5 cm de profundidad) de 3 Kg de suelos contaminados con un 10 % de
gasolina regular (85 % o 96% de octanaje). Los experimentos se realizaron con 3
repeticiones y analizados con el paquete estadístico statistica 4.0. Excel 7.0. Las
parcelas fueron aereadas semanalmente y la humedad fue controlada a un 20 %,
además se añadió inicialmente 6 % (w/w) de (NH4)2HPO4. Se tomaron muestras
integradas de las parcelas cada 7 días para las determinaciones de concentración
de bacterias heterótrofas, biodegradadores de petróleo, índice de respirometría y
concentración hidrocarburos totales. Teniendo como resultados que en cada
tratamiento se produjo un notable incremento de microorganismos heterótrofos y
degradadores de petróleo.
En las parcelas con BIOIL – FC se logró una mayor
eficiencia en la oxidación de los hidrocarburos aunque para cada uno se alcanzaron
diferentes porcentajes de remoción de manera que para el fuel oil y gasolina de 85%
de octanaje se alcanzaron 50 y 61% de remoción respectivamente en 28 días, mientras
que para gasolina de 96 % se alcanzó un 98% en solo 15 días. Es conocido que las
diferencias en la composición y concentración de hidrocarburos en el petróleo influyen
en su biodegradación. En cuanto al comportamiento de la concentración de CO2 se
detectaron fluctuaciones a lo largo de la experiencia para cada hidrocarburo
evaluado, aunque en general los máximos valores se alcanzaron en la parcela con
BIOIL-FC, lo cual nos indica que en dicha parcela existió una mayor actividad
microbiana.
Concluyendo
de
esta
manera
que
la
biorremediación
por
bioestimulación de suelo contaminado con hidrocarburos empleando el producto
BIOIL – FC fue superior a la técnica de bioestimulación tradicional con nutrientes, lo
cual evidencian las potencialidades de este producto para el saneamiento de
ambientes terrestres impactados con petróleo y sus derivados.
Martínez Prado, Pérez López, Pinto Espinoza, & Osorio Rodriguez (2011), evaluaron
el proceso aerobico de biorremediación como sistema de tratamientos, considerando
para esto el uso de lodo residual como fuente alternativa de nutrientes. El suelo
contaminado a remediar provino de los talleres del grupo Goldcorp México (antes
Luismin S. A. de C. V.), Unidad Minera San Antonio, en el municipio de San Dimas
Tayoltita, en el estado de Durango, México. El muestreo fue efectuado por la propia
empresa y enviado hasta las instalaciones del IPN-CIIDIR en la Ciudad de Durango,
en donde se realizaron las pruebas experimentales. Los tratamientos fueron
sometidos a nivel de laboratorio y a escala piloto con motivo de que el suelo sea
destinado para fines agrícolas. Teniendo como resultado que los mejores
tratamientos fueron los que contenían lodos residuales con una degradación de
78.9% para el tratamiento LX3 ( suelo a capacidad de campo + lodo estéril) y del
82.3% para el tratamiento LX4: (suelo a capacidad de campo + lodo sin esterilizar),
contra 68.53 % para el tratamiento LX1 (suelo a capacidad de campo) y de 69.79 %
para el tratamiento LX2 (suelo a capacidad de campo + MM) es en la primera etapa
a los 18 días, en la segunda etapa los mejores tratamientos a los 50 días el
tratamiento con mayor remoción corresponde al tratamiento LY4 con una remoción
de 93%. Concluyendo que el proceso de biorremediación aerobia de suelo
contaminado con hidrocarburos de petróleo, a nivel de laboratorio y piloto, alcanzo
tasa de remoción de 66 a 93%, donde el mejor tratamiento fue el que contenía lodos
residuales (biosólido) como fuente alterna de nutrientes. El empleo de desechos
orgánicos de fácil degradación como aditivos o correctores de densidad, resulta una
alternativa técnicamente factible, viable y sencilla que favorece la degradación de
contaminantes orgánicos en suelos a través de procesos de composteo, ya que
éstos mejoran las propiedades del sistema y aportan nutrientes para mantener
activas las poblaciones microbianas. El suelo sometido a remediación aeróbica
alcanzó el límite máximo permisible (LMP) establecido en la normatividad mexicana
vigente (NOM-138-SEMARNAT/SS-2003) en los experimentos realizados a ambas
escalas para fines agrícolas.
5.2 Base teórica
5.2.1 Fundamento bioquímico de la biodegradación
El fundamento bioquímico de la biorremediación se basa en que en la cadena
respiratoria, o transportadora de electrones de las células, se van a producir una
serie de reacciones de óxido-reducción cuyo fin es la obtención de energía. La
cadena la inicia un sustrato orgánico (compuestos hidrocarburados) que es externo
a la célula y que actúa como dador de electrones, de modo que la actividad
metabólica de la célula acaba degradando y consumiendo dicha sustancia. (Maroto
Arroyo & Rogel Quesada, 2001)
Los aceptores más comúnmente utilizados por los microorganismos son el oxígeno,
los nitratos, el hierro, los sulfatos y el dióxido de carbono. Cuando el oxígeno es
utilizado como aceptor de electrones la respiración microbiana se produce en
condiciones aerobias, y los procesos de biodegradación serán de tipo aerobio; sin
embargo, si utiliza los sulfatos o el dióxido de carbono se produce en condiciones
reductoras o anaerobias, y los procesos de biodegradación serán de tipo anaerobio.
(Maroto Arroyo & Rogel Quesada, 2001)
5.2.1.1 Tipos de reacciones
Degradación aeróbica
Sustrato + O2 = biomasa + CO2 + H2O
Degradación anaeróbica
Sustrato + (NO3-, SO4-, Fe3+, Mn4+, CO2) = Biomasa+ CO2+ (N2, Mn2+, S2+,
Fe2+, CH4)
(Maroto Arroyo & Rogel Quesada, 2001)
5.2.1.2 Factores bióticos
5.2.1.2.1 Suelo
Los contaminantes del petróleo se alojan principalmente en el horizonte A, donde se
encuentra
el
mayor
contenido
de
materia
orgánica
que
incluye
a
los
microorganismos que pueden ser estimulados por la adición de nutrientes, ya sean
fertilizantes, o de Oxígeno por medio de la agitación. Existen otros tipos de
contaminantes como los hidrofóbicos que se absorben y se depositan en los poros
del suelo, dificultando la biodegradación. (Gómez Romero, y otros, 2008)
Los suelos expuestos a la contaminación prolongada con hidrocarburos derivados
del petróleo, constituye un micro hábitat adecuado para la evolución de especies
bacterianas degradadoras. El contaminante ejerce una presión sobre la población
microbiana involucrada y de esta forma se seleccionan aquellos capaces de
sobrevivir y adaptarse a estas condiciones. (Gómez Romero, y otros, 2008)
5.2.1.2.2 Capacidad metabólica del microorganismo
En el proceso de biorremediación la degradación efectuada por las bacterias, se
debe tener en cuenta que al ser parte de una población nativa, está interactuando
con otros microorganismos formando los llamados consorcios microbianos. En este
se establecen procesos simbióticos. Esta interrelación, se fundamenta en cultivo
mixto, que crece a expensas de los contaminantes, degradan los metabolitos por la
ruptura en la posición meta, estabilizando la población microbiana en el cultivo.
La conformación genética de microorganismos son muy versátiles; por poseer
operones, elementos móviles como transposones y plásmidos, que permiten la
transferencia de los genes y, por lo tanto, la rápida adaptación frente a la presencia
de agentes contaminantes nuevos en un ecosistema en particular.
5.2.1.2.3 Nutrientes
Los nutrientes son uno de los factores más relevantes por ser sustancias químicas
necesarias para la actividad microbiana y metabólica de los microorganismos, por lo
que estos constituyentes se deben encontrar disponibles para su asimilación y
síntesis, y deben ser controlados para aumentar la eficiencia y el buen desarrollo de
la biorremediación. Se dividen en dos grandes grupos: macronutrientes y
micronutrientes.
5.2.1.3 Respiración y aireación
Se basa en que
la cadena respiratoria, o transportadora de electrones de las
células, producen una serie de reacciones de óxido-reducción cuyo fin es la
obtención de energía. La cadena la inicia un sustrato orgánico (compuestos
hidrocarburados) que es externo a la célula y actúa como dador de electrones, de
modo que la actividad metabólica de la célula acaba degradando y consumiendo
dicha sustancia. Cuando el oxígeno es utilizado como aceptor de electrones la
respiración microbiana se produce en condiciones aerobias, los microorganismos
convierten en última instancia los contaminantes en dióxido de carbono, agua y
masa celular microbiana (mineralización) por enzimas oxigenasas (Gómez Romero,
y otros, 2008).
5.2.1.4 Factores abióticos
5.2.1.4.1 Ph
Este factor se constituye como uno de los indicadores del proceso de
biorremediación y aunque los microorganismos se pueden adaptar fácilmente a
condiciones extremas, estas cepas microbianas tienen un determinado rango de
tolerancia.
A pH extremadamente alcalinos o extremadamente ácidos la biodegradación se
hace lenta. Generalmente los suelos contaminados por hidrocarburos tienden a ser
ácidos, lo cual limita el crecimiento y la actividad de los microorganismos. El rango
óptimo para la biodegradación está entre 6–8 pH. Sin embargo, para mantener una
mejor capacidad degradante, por periodos de tiempo prolongados, el pH debe ser
neutro, entre 7.4–7.8, evitando al máximo las fluctuaciones. (Gómez Romero, y
otros, 2008)
5.2.1.4.2 Humedad
Las bacterias que requieren unas condiciones mínimas de humedad para su
crecimiento; el agua es importante para su desarrollo porque actúa como medio de
transporte de nutrientes y oxígeno a la célula ya que forma parte de su protoplasma
bacteriano. Es conveniente mantener una humedad del orden del 25 - 75 % de la
capacidad de campo, la cual se define como la masa de agua que admite el suelo
hasta la saturación, que depende de cada tipo de suelo. (Gómez Romero, y otros,
2008)
5.2.1.4.3 Temperatura
Generalmente las especies bacterianas crecen a intervalos de temperatura bastante
reducidos, entre 15 y 45 ºC (condiciones mesófilas), decreciendo la biodegradación
por desnaturalización de las enzimas a temperaturas superiores a 40 ºC e
inhibiéndose a inferiores a 0 ºC. (Maroto Arroyo & Rogel Quesada, 2001)
La biorremediación llevada a cabo entre 20º C y 40º C muestra que este intervalo de
temperatura es óptimo para la actividad microbiana, sin embargo en climas
tropicales es mejor una temperatura aproximadamente de 30 a 35º C
actividad de los microorganismos. (Gómez Romero, y otros, 2008)
5.2.2 Proceso de biorremediación
para la
El proceso de biorremediación se inicia con la oxidación del anillo aromático
mediante la incorporación de dos átomos de oxígeno catalizado por una
dioxigenasa. A partir de esta reacción se forma un cis-dihidrodiol y el anillo pierde la
aromaticidad. A continuación una deshidrogenasa NAD+ dependiente, reconstituye
el anillo aromático formando un catecol (diol). Los dioles son moléculas a partir de
las cuales se produce la ruptura del anillo aromático mediante dioxigenasas estéreo
selectivas
(la
ruptura
se
da
entre
los
dos
grupos
hidroxilo
adyacente,
denominándose meta-ruptura). (Gómez Romero, y otros, 2008)
Sin embargo, este proceso puede ser limitado por la estructura química del
contaminante, ya que al incrementar la cantidad de enlaces y grupos funcionales
(26,48) o al polimeralizarse resulta más difícil la incorporación al metabolismo
bacteriano, especialmente cuando presentan grupos halógenos y metales pesados,
catalogados como tóxicos para los microorganismos. (Gómez Romero, y otros,
2008)
5.2.2.1 In situ
In situ corresponde a la biorremediación referente a tratamientos que no requieren
excavación del suelo contaminado.
Las técnicas de biorremediación in situ presentan una mayor ventaja sobre las ex
situ por el menor costo y la disminución de la generación de residuos a eliminar en la
superficie. Es la más aplicada y utiliza microorganismos autóctonos, estos en el
suelo pueden degradar un gran número de constituyentes de lodo pero su eficacia y
su población son afectadas cuando algunos contaminantes tóxicos están presentes
en altas concentraciones. (Benavides López de Mesa, y otros)
5.2.2.2 Ex situ
Ex situ es un método donde se excava el suelo o el material a tratar y se le maneja
en un sistema controlado como una celda de landfarming o algún tipo de birreactor.
Se utilizan para tratar contaminaciones que no se pueden eliminar eficientemente in
situ, ya sea porque la sustancia no se puede degradar, por las características del
suelo contaminado, o bien porque el tratamiento se deba terminar en un lapso
relativamente corto. El proceso de biodegradación se realiza luego de excavar el,
medio contaminado y trasladarlo a otro lugar para realizar el tratamiento, estos
tratamiento se realizan en menor tiempo y se puede logara una mayor remediación
que las tecnologías In situ. (Cando Rodriguez, 2011)
5.3 Bases conceptuales
5.3.1 Biorremediación
La biorremediación es fundamentalmente un “proceso metabólico de transferencia
de electrones”. La energía necesaria para el crecimiento microbiano se obtiene
durante el proceso de oxidación de materiales reducidos, donde las enzimas
microbianas catalizan la transferencia de los electrones. (Gómez Romero, y otros,
2008)
5.3.2 Microorganismos
Los microorganismos, por su gran versatilidad bioquímica, son los intermediarios
entre el mundo mineral y el mundo vivo. Con sus innumerables reacciones
metabólicas permiten incorporar los materiales del suelo en el mundo viviente y
están en la base de toda productividad, por lo que debe darse a los microorganismos
el papel fundamental que les corresponde en la fertilidad de los suelos. (Asociación
Vida Sana)
5.3.3 Bacterias hidrocarbonoclastas
Son
bacterias
que
biodegradan
compuestos
hidrocarburos,
las
bacterias
degradadoras pertenecen al phylum Proteobacteria, en mayor proporción a las
clases
α-
Proteobacteria
(Sphingomonas,
Bradyrizobium,
Nitrobacteria,
Balneimonas) y (Pseudomonas, Stenotrhophomonas, Enterobacter, Pantoea,
Acinetobacter o Psychrobacter). ( Bocángel Rodríguez, 2016)
Las Pseudomonas son bacterias Gram negativas, obicuas, que pertenecen a la
subclase gamma de las Proteobacterias. Las Pseudomonas son bacterias
productoras de biosurfactantes como los ramnolipidos involucrados en procesos de
remoción de aceites y productos relacionados, Bushnell y Hass fueron de los
primeros
en
describir
bacterias
productoras
de
biosurfactantes,
como
el
Corynebacterium simplex y cepas de Pseudomonas.
5.3.4 Hidrocarburos
Los Hidrocarburos son un grupo amplio y variado de sustancias. El principal
componente molecular de estas sustancias son los átomos de carbono e hidrogeno.
Si bien la mayoría de ellos son obtenidos a través de la transformación del petróleo,
un buen porcentaje procede de plantas o animales.
5.3.4.1 Hidrocarburos aromáticos no halogenados o cíclicos
Contienen en su estructura un anillo la mayoría de las veces de tipo bencénico, los
principales representantes son: EL BENCENO Y EL TOLUENO.
-
Se utilizan en la fabricación de detergentes y explosivos; el benceno forma
parte también de plásticos y pinturas mientras el tolueno se utiliza en la
fabricación de pegamentos, adhesivos y lacas.
-
Ambos son líquidos volátiles liposolubles de fácil absorción por las mucosas.
Su contacto agudo ocasiona irritación de la piel y mucosas.
-
Su intoxicación presenta en etapa inicial irritabilidad o euforia y más tarde
crisis convulsivas y depresión del sistema nervioso central con coma y paro
respiratorio.
-
La inhalación puede ocasionar neumonitis química. Las arritmias se atribuyen
a sensibilización a las catecolaminas. El tolueno es además Nefrotoxico,
puede ocasionar acidosis metabólica y alteraciones hidroelectrolíticas.
-
El lavado gástrico es útil en forma muy temprana ya que la absorción es
rápida, cuidando la aspiración o inhalación del toxico. No existe antídoto
específico y el tratamiento está encaminado a la corrección de las
alteraciones.
(Centro de infromación Toxicolofico de Veracruz)
5.3.4.2 Hidrocarburos halogenados:
Formados por uno o más átomos de carbono y uno o varios halogenados (Cl, Br, I,
F) Sustituyendo átomos de hidrogeno se encuentran los compuestos halogenados.
De ellos algunos como el tetracloruro de carbono, tricloroetileno o el triclorometano
se utilizaron alguna vez como anestésicos, estando casi en desuso por su toxicidad;
otros como el diclorometano, tetracloroetileno o el tricloroetano se usan como
solventes o como parte de productos de limpieza. Son líquidos volátiles muy
liposolubles que se absorben fácil y rápidamente por vía inhalada, cutánea o
digestiva. Son sustancias irritantes de piel y mucosas. Este grupo cuenta con un
gran número de actividad depresora del sistema nervioso central y rango de
seguridad estrecho que fácilmente ocasiona depresión cardiorrespiratoria. La
exposición aguda puede ocasionas arritmias hepatoxicidad y nefrotocidad extensas.
-
Los grados de depresión del sistema nervioso central, el de hepatoxicidad y
nefrotoxicidad son variables dependiendo de cada sustancia. Algunas
particularidades son : la radiopacidad del tetracloruro de carbono que puede
facilitar su diagnóstico cuando fue ingerido , la liberación de ácido clorhídrico
durante la combustión de cloroformo que es altamente irritante al alveolo ; la
liberación de monóxido de carbono durante el metabolismo del diclorometano
que eleva los niveles de carboxihemoglobina durante la intoxicación .
-
El diagnostico se basa en la historia de exposición y cuadro clínico
compatible.
-
El tratamiento incluye la interrupción del contacto con el Toxico, la
descontaminación de piel y la oxigenoterapia así como las medidas de apoyo
y manejo de complicaciones. Se ha propuesto la administración de Nacetilcisteína en intoxicación por tetracloruro de carbono como antídoto en
dosis semejantes a las utilizadas en intoxicación por acetaminofén.
(Centro de infromación Toxicolofico de Veracruz)
5.3.5 Derrames de hidrocarburos
Los derrames durante la producción o durante la distribución del petróleo y sus
derivados, bien sea originados de manera involuntaria o forzosa, liberan una buena
cantidad de contaminantes orgánicos con alto contenido de compuestos polares, los
cuales intervienen negativamente en el suelo. Este hecho se complica porque la
mayoría del transporte de los subproductos se hace enterrando las tuberías,
pudiendo adicionalmente contaminar los depósitos de agua subterránea. La
presencia de derrames, así como de otros contaminantes, genera altos costos por
recuperación y remediación de los suelos tanto para las empresas como para la
comunidad en general. (Serrano Guzmán, Torrado Gómez, & Perez Ruiz, 2013)
5.3.6 Suelos agrícolas
El suelo está formado por una cubierta superficial llamada corteza terrestre o
litosfera, que es la capa más delgada de las que forman la tierra y constituye un
conjunto complejo de elementos físicos, químicos y biológicos. Uno de esos
componentes son los minerales, que se forman por la meteorización de las rocas, de
materia orgánica, como el humus y la biomasa viva y muerta, de gas y de agua.
Todos ellos desempeñan funciones naturales como la descomposición de productos
vegetales o la biodegradación de ciertos componentes que lo contaminan por medio
de procesos metabólicos que llevan a cabo los microorganismos. (Gómez Romero, y
otros, 2008)
Suelo dedicado a la producción de cultivos, forrajes y pastos cultivados. Es también
aquel suelo con aptitud para el crecimiento de cultivos y el desarrollo de la
ganadería. Esto incluye tierras clasificadas como agrícolas, que mantienen un
hábitat para especies permanentes y transitorias, además de flora y fauna nativa,
como es el caso de las áreas naturales protegidas. (MINAM, 2013)
5.3.7 Calidad de suelos agrícolas
La calidad del suelo abarca los componentes físicos, químicos y biológicos del suelo
y sus interacciones. Por esto, para captar la naturaleza holística de la calidad, o
salud, del suelo, deberán ser medidos todos los parámetros. Sin embargo, no todos
los parámetros tienen la misma relevancia para todos los suelos, o situaciones.
(USDA)
5.3.7.1 Calidad física
Las características físicas del suelo son una parte necesaria en la evaluación de la
calidad de este recurso, ya que no se pueden mejorar fácilmente (Singer y Ewing,
2000). La calidad física del suelo se asocia con el uso eficiente del agua, los
nutrientes y los pesticidas, lo cual reduce el efecto invernadero (Navarro et al.,
2008), y conlleva un incremento de la producción agrícola (Lal, 1998). Esta calidad
no se puede medir directamente, pero se infiere a través de los indicadores de la
calidad (estáticos o dinámicos) y de la medición de los atributos que están
influenciados por el uso y las prácticas de manejo (Carter, 2002; SánchezMaranon et al., 2002; Dexter, 2004). La estructura, la densidad aparente, la
estabilidad de los agregados, la infiltración, la profundidad del suelo superficial, la
capacidad de almacenamiento del agua y la conductividad hidráulica saturada son
las características físicas del suelo que se han propuesto como indicadores de su
calidad. (Garcia, Ramirez, & Sanchez Saray, 2012)
5.3.7.2 Calidad química
Los indicadores químicos se refieren a las condiciones de este tipo que afectan las
relaciones suelo-planta, la calidad del agua, la capacidad amortiguadora del suelo, y
la disponibilidad de agua y nutrimentos para las plantas y los microorganismos.
Entre ellos se encuentran la disponibilidad de nutrimentos, el carbono orgánico total,
el carbono orgánico lábil, el pH, la conductividad eléctrica, la capacidad de absorción
de fosfatos, la capacidad de intercambio de cationes, los cambios en la materia
orgánica, el nitrógeno total y el nitrógeno mineralizable.
5.3.7.3 Calidad biológica
Los indicadores biológicos integran una gran cantidad de factores que afectan la
calidad
del
suelo,
como
la
abundancia
y
los
subproductos
de
los
macroinvertebrados. Estos rompen, transportan y mezclan el suelo al construir
galerías, nidos, sitios de alimentación, turrículos o compartimientos; afectan los
procesos de manera directa incorporación y redistribución de varios materiales o
indirecta formación de comunidades microbiales, transporte de propágulos,
antibiosis o reducción selectiva de la viabilidad, etc; incluyen funciones como la tasa
de respiración, el ergosterol y otros subproductos de los hongos, las tasas de
descomposición de los residuos vegetales, y el N y el C de la biomasa microbiana.
Como la biomasa microbiana es mucho más sensible al cambio que el C total, se ha
propuesto la relación C microbiano:C orgánico del suelo para detectar cambios
tempranos en la dinámica de la materia orgánica. (Garcia, Ramirez, & Sanchez
Saray, 2012)
6 FORMULACIÓN DE LAS HIPÓTESIS DE INVESTIGACIÓN
6.1 Hipótesis general
La acción biodegradadora de bacterias hidrocarbonaclastas en función al oxígeno,
Ph, humedad y temperatura permite obtener una calidad aceptable de tierra
semejante al ECA- suelo para fines agrícolas.
6.2 Hipótesis específicas
-
La acción biodegradadora de bacterias hidrocarbonaclastas en función al
oxígeno, Ph, humedad y temperatura permite obtener una calidad física de
tierra aceptable semejante al ECA- suelo para fines agrícolas.
-
La acción biodegradadora de bacterias hidrocarbonaclastas en función al
oxígeno, Ph, humedad y temperatura permite obtener una calidad química de
tierra aceptable semejante al ECA- suelo para fines agrícolas.
-
La acción biodegradadora de bacterias hidrocarbonaclastas en función al
oxígeno, Ph, humedad y temperatura permite obtener una calidad biológica
de tierra aceptable semejante al ECA- suelo para fines agrícolas.
-
La acción biodegradadora de la bacteria hidrocarbonaclastas a los 2 meses
permite obtener una calidad de tierra aceptable semejante al ECA- suelo para
fines agrícolas.
7 OPERACIONALIZACIÓN DE LAS VARIABLES
VARIABLES
DIMENSIONES
INDICADORES
100
Aplicación de bacterias
bacterias
INSTRUMENTO
Pseudomona
putida
100 bacterias Pseudomona aeruginosa Contador de bacterias
hidrocarbonoclastas
100 bacterias Pseudomona fluorescens
N° de volteos de tierra
INDEPENDIENTES
Bacterias
hidrocarbonoclastas
1
volteo
por
semana
Tierra
2
volteos
por
semana Paleta de metal
contaminada
3 volteos por semana
agrícola
con
hidrocarburos
1 Kg de tierra agrícola + 100 gr petróleo
crudo+
100
gr
de
úrea
Tierras contaminadas con
1 Kg de tierra agrícola + 100 gr de Diesel
hidrocarburos
+
100
gr
de
úrea
Tierra
Balanza analítica
agrícola
+
compuestos
de
hidrocarburos + úrea
1 Kg de tierra agrícola + 100 gr de aceite
de carro + 100 gr de úrea
Reglamento de tierras por su
CALIDAD DE TIERRA
Textura
DEPENDIENTE
FUENTES
capacidad de uso mayor DS
Drenaje
N°017-09-AG
PROPIEDADES
FÍSICAS
Degradación
color)
T°
Humedad
de
hidrocarburos
(según
Cromatógrafo
Termómetro
Higrómetro
Tierra
contaminada
agrícola
con
hidrocarburos después del
tratamiento
Tierra
contaminada
hidrocarburos
agrícola
con
durante
después del tratamiento
y
PH
Fertilidad
PROPIEDADES
Producción
QUÍMICAS
Carbono
Phmetros
(NPK,
materia
de
orgánico
orgánica) Equipo medidor de CO2, Tierra
agrícola
CO2 PCE-WMM50
contaminada
total Multiparámetro
hidrocarburos después del
Capacidad de intercambio de cationes
con
tratamiento
Nitrógeno total
Tierra
PROPIEDADES
Cantidad
de
BIOLÓGICAS
Conteo de colonias
microorganismo Observación
Contador de bacterias
directa contaminada
agrícola
con
hidrocarburos después del
tratamiento
8 METODOLOGÍA DE INVESTIGACIÓN
8.1 Lugar de ejecución
La instalación de las camas se realizará en el Laboratorio de biotecnología de la
Facultad de Ciencias Forestales y del Ambiente, dónde se manejarán y controlarán
los parámetros que influirán en el efecto de las bacterias en la calidad del suelo
agrícola contaminados por hidrocarburos.
8.2 Método de Investigación
8.2.1. MÉTODO DE CULTIVO DE BACTERIAS
Por Quistián García Hylary
a) Estriado básico: Se calienta el asa de inoculación hasta que quede color rojo
intenso para eliminar cualquier microorganismo, dejar que el asa se enfrié durante 35 segundos. Recoger una muestra del cultivo bacteriano a partir de un caldo o una
placa Petri. Levantar la tapa de la placa Petri que se va a sembrar en un ángulo de
45°, colocar el asa en la parte de atrás de la caja, tocar con el asa el medio y pasarlo
a través de la superficie de la placa con un movimiento en forma de S desde atrás
hacia adelante.
b) Estriado para aislar: implica una sola inoculación de una sección de la placa Petri
y a continuación disminuir la colonia arrastrando microorganismos de la sección
inicial de dos a tres secciones adicionales, achicando eficazmente la población de
microorganismos.
c) Estriado por cuadrantes: se divide la parte inferior de la caja Petri en cuatro partes
iguales con un marcador. Se esteriliza el asa y se estría el 1er cuadrante con el
procedimiento básico de S. Se trabaja en el sentido de las agujas del reloj, estriando
cuadrante por cuadrante, esterilizando el asa antes de seguir a otro
8.2.2. PARA EVALUAR LA CALIDAD DE LAS TIERRAS AGRÍCOLAS DESPUÉS
DEL TRATAMIENTO CON BACTERIAS
Tipo de investigación (básica o aplicada según Bunge)
8.3
Este proyecto según Bunge (1980), es de tipo básico, ya que tiene como objetivo
mejorar el conocimiento, por ser más que mejorar resultados o biotecnologías que
benefician a la sociedad en el futuro inmediato, es esencial para el beneficio
socioeconómico a largo plazo.
Nivel de investigación
8.4
El nivel de investigación de mi proyecto es Explicativo según (Hernández, Fernández
& Baptista, 2014), porque busca una respuesta a ¿cuál es el efecto simultáneo de la
aplicación de bacterias hidrocarbonoclastas y el número de volteos de tierra en la
calidad de tierras agrícolas contaminadas por hidrocarburos colectados en tres
puntos de muestreo?
8.5 Diseño de investigación
Diseño en bloques completamente al azar con experimentos factoriales.
8.5.1 Problema de investigación
¿Cuál es el efecto simultáneo de la aplicación de bacterias hidrocarbonaclastas y el
número de volteos de tierra en la calidad de tierras agrícolas contaminada por 3
tipos de hidrocarburos?
8.5.2 Identificación de variables
VI:
-
tipo de bacterias
-
Numero de volteos de tierra
-
Tipos de hidrocarburos
VD:
-
Calidad de la tierra para fines agrícolas
8.5.3 Unidad experimental
UE: tierra contaminado
8.5.4 Factores
-
Factor A: tipos de bacterias
o A1: pseudomona putida
o A2: pseudomona aeruginosa
o A3: pseudomona fluorescens
-
Factor B: número de volteos de tierra
o B1: 1 volteo a la semana
o B2: 2 volteos a la semana
o B3: 3 volteos a la semana
8.5.5 Bloques
Suelos contaminados
I: tierra agrícola (1kg) + contaminado con crudo (100g) + 100g de urea
II: tierra agrícola (1kg) + contaminado con diésel (100g) + 100g de urea
III: tierra agrícola (1kg) + contaminado con aceites de carros (100g) + 100g de urea
8.5.6 Combinaciones
T1: a1 x b1
T6: a2 x b3
T2: a1 x b2
T7: a3 x b1
T3: a1 x b3
T8: a3 x b2
T4: a2 x b1
T9: a 3 x b3
T5: a2 x b2
8.5.7 Distribución de tratamientos
Bloque I:
T2
T4
T6
T9
T1
T3
T5
T8
T7
T5
T2
T8
T6
T3
T1
T7
T4
T2
T7
T5
T9
T3
T6
Bloque II:
T4
T9
Bloque III:
T1
T8
8.5.8 Características.
-
numero de repeticiones = 3
-
numero de tratamientos = 9
-
numero de UE = 27 c/u compuesto por 2 kilos de tierra
-
kilos de tierra total por bloque = 18 kilos
-
kilos de tierra total de experimento = 54 kilos
8.6 Población y muestra
8.6.1 Población
La población de estudio de este proyecto, son el total de tierras contaminados por 3
tipos de hidrocarburos con el efecto de bacterias, instalados en el laboratorio.
8.6.2 Muestra
La muestra para el presente proyecto es de tipo no probabilística, porque la
investigación es de carácter cualitativo (calidad de tierra), además se evaluará el
100% de los sustratos contaminados por hidrocarburos, la muestra es el total de la
población.
8.7 Prueba de hipótesis estadísticas
-
Para bloques
Ho: μ I =μ II = μ III
Ha: μ i ≠ μ j
P > 0.05; se rechaza la Ho
-
Para la combinación A X B
Ho: μ t1 = μ t2 = μt3 = μ t4 = μ t5 = μ t6 = μ t7 = μ t8 = μ t9
Ha: μ i ≠ μ j
P > 0.05; se rechaza la Ho
8.8 Técnicas e instrumentos de recolección de datos
El presente proyecto usa como técnica la observación indirecta, ya que utiliza
instrumentos del laboratorio (Cromatógrafo y espectrofotómetro).
8.9 Procedimiento de recolección de datos
8.9.1 Fase pre-campo
-
Identificar y extraer la tierra agrícola más representativa del Valle del Mantaro;
consiguiendo 54 Kg de tierra en total.
-
Diseñar la estructura de las camas dónde irán las tierras contaminadas en el
laboratorio.
8.9.2 Fase campo
8.9.2.1 Instalación
-
Instalar las camas, en el laboratorio de biotecnología de la Facultad de
Ciencias Forestales y del Ambiente, teniendo como medidas de éstas:
capacidad de 1Kg, cada una 41 cm de largo x 30 cm de ancho x 2,5 cm de
profundidad.
-
Rellenar las camas con las tierras contaminadas, de acuerdo al diseño
programado, en este caso DBCA-con arreglo factorial.
-
Adicionar los compuestos hidrocarbonados (DIESEL, PETRÓLEO CRUDO,
ACEITE DE CARRO) respectivamente, 100 gr en cada cama de acuerdo a la
distribución planteada. Así mismo agregar 100 gr de úrea para cada uno
respectivamente.
-
Posteriormente inocular las bacterias: Psedomona putida, Pseudomona
fluorecens y Pseudomona aeruginosa en las tierras contaminadas por
hidrocarburos.
-
Controlar la T° (30°C) y Humedad (15%) del laboratorio.
-
Voltear la tierra contaminada las veces que indica la programación del diseño.
8.9.2.2 Toma de datos
-
Tomar datos de los indicadores como: PH, T° y
humedad de todos los
sustratos contaminados, a diario durante dos meses, llevando un registro.
-
Cuando hayan pasado los dos meses de evaluación en el laboratorio, llevar
las muestras de suelo al INIA-Huancayo, para sus respectivos análisis de
calidad.
8.9.3 Fase post-campo
-
Tabular los datos, hacer el respectivo análisis y las conclusiones,
identificando cuál de las camas con sustratos contaminados con diferentes
hidrocarburos mejoró su calidad. Además de identificar el mejor tratamiento..
8.10 Técnicas de procesamiento y análisis de los datos
Para la eficacia de los indicadores de la calidad (propiedades físicas, químicas y
biológicas) del suelo se evaluará a través de un análisis de varianza (ANOVA) de
una vía, previa transformación angular de los datos. La prueba de t de Student, se
empleará para comparar las medias de los porcentajes de degradación de
hidrocarburos en suelos contaminados por hidrocarburos. Los datos se analizarán
mediante el paquete SPSS Statitiscs 22 y software EPA SWMM.
9 ASPECTOS ADMINISTRATIVOS
9.1 Cronograma de actividades
N°
1
2
3
ESPECIFICA
ACTIVIDAD
CIONES
Elaboración de las camas para las tierras contaminadas
Cultivo de bacterias en el Laboratorio de biotecnología de
la Facultad de Ciencias Forestales y del Ambiente
Extracción de tierras con fines agrícolas de las ciudades
de La Oroya, Junín y Tarma.
N°
SEMANA
(AS)
Una sola vez
2
Una sola vez
3
Una sola vez
1
Instalación de las camas con tierras contaminadas con
4
hidrocarburos, en el Laboratorio de biotecnología de la Una sola vez
Facultad de Ciencias Forestales y del Ambiente.
Inoculación
5
de
las
bacterias
(Pseudomona
putida,
Pseudomona fluorescens y Pseudomona aeruginosa) en
las camas; y la adición de úrea en las tierras agrícolas
1
Una sola vez
contaminadas por hidrocarburos.
6
7
8
Control de la T° (30°C) y Humedad (15%) del laboratorio.
Toma de datos de los indicadores como: PH, T° y
humedad de todos las tierras contaminados.
Volteo de la tierra contaminada las veces que indica la
programación del diseño.
Conteo de bacterias
9
Análisis de calidad de todos los sustratos contaminados
con Hidrocarburos en el INIA-Huancayo
Diario
Diario
Semanal
8
Semanal
2
10
Análisis estadístico de los resultados obtenidos.
2
11
Elaboración del informe con los resultados.
4
MESES
Set
Oct
Nov
Dic
Ene
Febr
Mar
Abr
9.2 Presupuesto y financiamiento
PRESUPUESTO
CONCEPTO
UNIDAD
CANTIDA
D
COSTO
UNITARI
O (S/.)
COSTO
TOTAL (S/.)
BIENES
Placa Petri 100x15mm
Und.
9
7.00
63.00
Agar Agar
Kg.
0.5
50.00
25.00
Papa
Kg.
2
2.00
4.00
Matraz de 1000 ml
Und.
2
12.00
24.00
Und.
2
10.00
20.00
Varilla
Und.
2
4.00
8.00
Probetas de 1000 ml
Und.
2
7.00
14.00
Papel aluminio
Pliego
2
2.00
4.00
Guantes
Caja
1
14.00
14.00
Mascarillas
Caja
1
12.00
12.00
Gorrito
caja
1
8.00
8.00
Ron de quemar
Litro
2
2.50
5.00
Mechas
Und.
2
1.00
2.00
Pico
Und.
1
20.00
20.00
Lampa
Und.
1
10.00
10.00
Costales
Und.
3
1.50
4.50
DIESEL
Litros
2
4.70
9.40
PETRÓLEO CRUDO
Litros
2
7.00
14.00
ACEITES DE CARRO
Litros
2
21.00
42.00
Úrea
Kg.
6
5.00
30.00
Vaso de precipitación de 1000
ml
SUBTOTAL BIENES
332.90
SERVICIOS
Vidriero
Und.
Persona
Movilidad
s
54
5.00
270.00
1
100.00
100.00
Alimentación
Und.
1
50.00
50.00
Meses
2
10.00
20.00
Análisis de tierra en el INIA
Und.
54
10.00
540.00
Impresiones
Und.
100
0.20
20.00
100.00
0.00
Alquiler del Laboratorio de la
FCFA
Imprevistos
SUBTOTAL SERVICIOS
1000.00
TOTAL
1332.90
10 . REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA
Bocángel Rodríguez, C. (2016). Evaluación de la eficacia de un consorcio bacteriano
aislado en la base peruana "Machu picchu". Lima.
Asociación Vida Sana. (s.f.). Microorganismos del suelo y biofertilización.
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contaminados con hidrocarburos derivados del petróleo. NOVA, 2006.
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Contam. Ambie, 12.
MINAM. (2010). Límites Máximos Permisibles de Efluentes Líquidos para el
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de
suelos
contaminados
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descontaminacion
de
suelos
con
petroleo
crudi
mediante
microorganismos autocotonos y pasto alemán (echinochloa polystachya).
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11 ANEXOS
11.1 Matriz de Consistencia
Tabla 1: matriz de consistencia
Problema general
Objetivo general
Hipótesis general
variables
Metodología
¿Cuál es el efecto
Explicar
La
VI: Tipo de bacterias
Población:
simultáneo
la
simultáneo
biodegradadora de
hidrocarbonaclastas.
La
de
aplicación
bacterias
Numero de volteos de
este proyecto son el
de
aplicación
el
efecto
de
la
de
acción
población
bacterias
bacterias
hidrocarbonaclastas
tierra.
total
hidrocarbonaclastas y
hidrocarbonaclastas y
en
Tipo de hidrocarburo
contaminadas por
el número de volteos
el número de volteos
oxígeno,
de tierra en la calidad
de tierra en la calidad
humedad
de suelos agrícolas
de suelos agrícolas
temperatura permite
contaminada
contaminada
obtener una calidad
por
tipos
3
de
hidrocarburos?
por
tipos
3
de
hidrocarburos.
Objetivos específicos
específicos
al
Ph,
y
3
de
VD: Calidad de tierras
hidrocarburos
para fines agrícolas.
efectos de bacterias.
con
Muestra:
UE:
semejante al ECA-
contaminada
para
tierras
tipos
aceptable
suelo
Problemas
función
de
para
tierra
La muestra es de tipo
no
fines
probabilístico
porque
la
agrícolas.
investigación es de
Hipótesis
carácter
específicos
(calidad de tierra), la
cualitativo
muestra es el total de
la población.
¿Cuál es el efecto
Determinar el efecto
La
simultáneo
la
simultáneo
biodegradadora de
bacterias
básica
de
aplicación
la
hidrocarbonaclastas.
según Bunge (1980),
de
aplicación
de
la
de
acción
bacterias
VI:
Aplicación
de
Tipo de investigación:
aplicada
bacterias
bacterias
hidrocarbonaclastas
Numero de volteos de
es de tipo básico ya
hidrocarbonaclastas y
hidrocarbonaclastas y
en
tierra.
que
el número de volteos
el número de volteos
oxígeno,
Tipo de hidrocarburo
objetivo
de tierra en la calidad
de tierra en la calidad
humedad
física
física
suelo
temperatura permite
VD: Calidad física del
Nivel
agrícola contaminada
agrícola contaminada
obtener una calidad
suelo
investigación:
por
por
física
del
3
tipos
suelo
de
hidrocarburos?
del
3
tipos
de
hidrocarburos.
función
al
Ph,
y
UE:
tierra
suelo
contaminada
Determinar
es
el
La
(Hernández,
Baptista,
acción
el
de
Fernández,
agrícolas.
¿Cuál es el efecto
mejorar
Es explicativo según
semejantes al ECAfines
como
conocimiento.
aceptable
para
tiene
VI:
Aplicación
de
porque
&
2014),
busca
una
simultáneo
de
aplicación
la
de
efecto simultáneo de
biodegradadora de
bacterias
respuesta a ¿Cuál es
la
la
hidrocarbonaclastas.
el efecto simultáneo
aplicación
de
bacterias
bacterias
bacterias
hidrocarbonaclastas
Numero de volteos de
de la aplicación de
hidrocarbonaclastas y
hidrocarbonaclastas y
en
tierra.
bacterias
el número de volteos
el número de volteos
oxígeno,
Ph,
Tipo de hidrocarburo.
hidrocarbonaclastas y
de tierra en la calidad
de tierra en la calidad
humedad
y
VD: Calidad química
el número de volteos
química
química
suelo
temperatura permite
del suelo
de tierra en la calidad
agrícola contaminada
agrícola contaminada
obtener una calidad
por
por
química
del
3
suelo
tipos
de
hidrocarburos?
del
3
tipos
de
hidrocarburos.
función
al
aceptable
semejantes al ECAsuelo
para
de suelos agrícolas
UE:
tierra
contaminada
contaminada
hidrocarburos
fines
colectados
agrícolas.
en
simultáneo
la
simultáneo
biodegradadora de
bacterias
investigación:
de
aplicación
bacterias
hidrocarbonaclastas.
El
aplicación
de
VI:
Aplicación
de
de
La
la
acción
Diseño
Determinar el efecto
de
diseño
bacterias
bacterias
hidrocarbonaclastas
Numero de volteos de
proyecto
hidrocarbonaclastas y
hidrocarbonaclastas y
en
tierra.
experimento
el número de volteos
el número de volteos
oxígeno,
Tipo de hidrocarburo.
según
de tierra en la calidad
de tierra en la calidad
humedad
biológica
biológica
suelo
temperatura permite
VD: Calidad biológica
se
agrícola contaminada
agrícola contaminada
obtener una calidad
del suelo
variables
por
por
biológica aceptable
3
del
suelo
tipos
de
hidrocarburos?
3
del
tipos
de
hidrocarburos.
3
puntos de muestreo?
¿Cuál es el efecto
de
por
función
al
Ph,
puro
Hernández
manipulan
independientes como
semejante al ECA-
UE:
suelo
contaminada
fines
es
et.al., 2014, porque
y
para
del
tierra
Aplicación
de
bacterias
agrícolas.
hidrocarbonoclastas y
¿Cuál es el efecto
Determinar el efecto
La
simultáneo
la
simultáneo
biodegradadora de
bacterias
tierra, para medir su
de
aplicación
la
hidrocarbonaclastas.
efecto en la variable
de
aplicación
de
la
de
acción
bacterias
VI:
Aplicación
de
Numero de volteos de
bacterias
bacterias
hidrocarbonaclastas
Numero de volteos de
dependiente: Calidad
hidrocarbonaclastas y
hidrocarbonaclastas y
a
tierra.
de
el número de volteos
el número de volteos
permite obtener una
de tierra agrícola en
de tierra agrícola en
calidad
el
el
tiempo
de
tiempo
de
los
2
químicas
semejantes al ECA-
biodegradación
de
biológicas) para fines
hidrocarburos
suelo
tipos
tipos
agrícolas.
hidrocarburos?
hidrocarburos.
(propiedades físicas,
de
biodegradación de 3
de
tierras
Tiempo
acéptale
biodegradación de 3
de
meses
para
fines
VD:
UE:
contaminada
agrícolas.
tierra
y
11.2 Instrumentos de recolección de datos
Tabla 2: toma de datos de temperatura
Días
evaluación
de Tratamientos
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7
T8
T9
T3
T4
T5
T6
T7
T8
T9
T3
T4
T5
T6
T7
T8
T9
.
.
.
Tabla 3: toma de datos de humedad
Días
evaluación
de Tratamientos
T1
T2
.
.
.
Tabla 4: toma de datos de Ph
Días
evaluación
de Tratamientos
T1
T2
.
.
.
Tabla 5: toma de datos de humedad
Días
evaluación
de Tratamientos
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7
T8
T9
T6
T7
T8
T9
T6
T7
T8
T9
.
.
.
Tabla 6: toma de datos de la eliminación de CO2
semanas
evaluación
de Tratamientos
T1
T2
T3
T4
T5
.
.
.
Tabla 7: contabilización del número de bacterias
semana
evaluación
de Tratamientos
T1
T2
T3
T4
T5
.
.
.