Biodegradación de hidrocarburos intemperizados mediante composteo
del
petróleo
en
suelos
Introducción Desgraciadamente en México existen extensas áreas contaminadas con hidrocarburos del petróleo, esto debido principalmente a derrames, así como las actividades propias de la industria petrolera. Debido a esto, se ha acumulado en los ecosistemas marinos y suelos. Una de las técnicas que han sido desarrolladas con el objeto de biorremediar suelos contaminados con petróleo, es el composteo del suelo donde se utilizan materiales orgánicos de fácil degradación, es decir composteo. El composteo es la posibilidad de descontaminar suelos contaminados con hidrocarburos, representando una alternativa para la degradación de una gran variedad de desechos sólidos. El inicio de para la restauración de un suelo contaminado, es la desorción del contaminante de la fase sólida donde se encuentra alojado, esto se ha aplicado en suelos intemperizados para resolver mediante la incorporación de surfactantes sintéticos y biológicos. Actualmente desarrollar tecnologías es una de las mayores preocupaciones para la eliminación de este tipo de contaminantes. La creciente demanda de combustibles fósiles (hidrocarburos) se deben al acelerado incremento en la población mundial. Una estrategia biológica es la biorremediación utilizada para degradar, transformar o remover compuestos orgánicos tóxicos por productos metabólicos inocuos o menos tóxicos; esta depende de las actividades actividade s catabólicas de los organismos y por consiguiente la utilización de los contaminantes como fuente de alimento y energía. Se deben tener en cuenta las condiciones para el crecimiento y la biodegradación. Generalmente estas tecnologías empleadas, llevadas a cabo en condiciones aerobias, son conocidas como biopilas, bioceldas, pilas de composteo o sistemas de co-composteo. Destacando que la biopilas alargadas son actualmente la alternativa más económica del composteo.
a) Hipótesis nula La degradación de los hidrocarburos no es eficiente mediante los microorganismos empleados en la composta.
b) Hipótesis alternativa Los microorganismos de la composta degradan en su mayor parte los hidrocarburos presentes en los suelos contaminados.
c) Antecedentes del problema I.
El composteo como alternativa para la biorremediación de suelos
En los pasados años se han realizado diversos estudios de restauración de suelos contaminados con HTP s por procesos de composteo, obteniendo niveles de degradación de 60 a 98% entre 98 y 120 días. En investigaciones recientes llevadas a cabo por el CENICA, lograron determinar que la adición de compuestos orgánicos de fácil degradación como agentes de volumen a un suelo contaminado con HTP s propician una mayor degradación de este tipo de contaminantes.
II.
Estudios con suelos intemperizados
En suelos contaminados por largos períodos, es decir, los suelos intemperizados los contaminantes llegan a ser inaccesibles (no biodisponibles) para los microorganismos debido a las interacciones que se producen entre los contaminantes y la materia orgánica del suelo. La biodisponibilidad y por tanto la velocidad de degradación, frecuentemente están limitados por procesos fisicoquímicos, como la sorción y desorción de los contaminantes hacia y desde la matriz de suelo, la difusión en la fase sólida y la disolución de contaminantes en la fase liquida. Específicamente en este tipo de suelos es necesario facilitar la desorción de los contaminantes mediante la aplicación de uno o varios pretratamientos antes de realizar un proceso de biorremediación.
III.
Tratamientos con surfactantes
El uso de surfactantes no iónicos representa prácticas efectivas para su empleo en la desorción de compuestos orgánicos hidrofóbicos (HOC S). El simple uso de alta concentración de surfactantes puede inhibir la degradación, ya que se reduce la
adhesión de las bacterias en la superficie hidrofóbica, lo cual genera la baja actividad biodegradativa.
IV.
Tratamiento con solventes
La aplicación de solventes ha sido básicamente empleada para incrementar la solubilidad de HOC s. Su empleo mejora la biodegradación de los contaminantes en la fase hidrofóbica pero pueden llegar a ser tóxicos para los microorganismos, se demostró que la adición de tolueno en suelos intemperizados, teniendo un efecto positivo en la desorción de hidrocarburos del petróleo y en la biodegradación de estos compuestos.
Planteamiento del problema Los suelos son fundamentales para el mantenimiento de los ecosistemas, debido a su participación en múltiples ciclos vitales, por ejemplo, los microorganismos presentes en los suelos sanos captan el nitrógeno atmosférico, proporcionando a su vez uno de los tantos nutrientes que los suelos son capaces de proporcionar a las plantas para su óptimo desarrollo. En nuestra actualidad, las empresas petroleras han generado grandes estragos en los hábitats naturales debido a los métodos empleados para la obtención del combustible crudo. De entre estos estragos a los ecosistemas, el que se encuentra con mayor daño son los suelos. Los suelos son afectados por la industria petrolera debido a la deposición de compuestos orgánicos hidrofóbicos y de HTP s. Estos compuestos entran en contacto con el suelo ya sea por derrames del crudo o por procesos de extracción. Por estos motivos que surge la necesidad de recuperar estas zonas arrasadas por la contaminación de estos compuestos del petróleo que afectan gravemente el desarrollo de los microorganismos presentes en los suelos, y al desarrollo de las plantas debido a su toxicidad. Como técnica de solución de dicha problemática se propone la biorremediación de suelos. A través del uso de las técnicas de composteo, la cual consiste en la producción de biopilas que contienen microorganismos capaces de degradar los compuestos de petróleo.
Objetivo general Biodegradar hidrocarburos del petróleo a productos metabólicos inocuos mediante la técnica del composteo.
Objetivos específicos
Llevar a cabo la biodegradación de HTP s mediante el uso de biopilas. Evaluar y seleccionar los pretratamientos y estrategias que ofrezcan los mejores resultados. Monitorear la tasa de degradación de los HTPs en función del tiempo.
Materiales y métodos A. Composteo Tipo Bocashi Materiales
Probeta 100 ml Guantes Bolsa de polietileno de baja densidad Adoquín o piedras grandes Contenedor de agua Tiras reactivas para determinación de pH Termómetro
Reactivos
Agua sin cloro 15 Lt Levadura 500 g Azúcar 1 kg Materia verde (residuos orgánicos triturados) Materia seca (hojas secas, rastrojo, cascarón de huevo)
Procedimiento:
1. Hacer una solución con 250 g de levadura y 500 g de azúcar en un volumen total de 3 Lt de agua sin cloro. Para eliminar el cloro del agua, dejar un día expuesta al sol. 2. Al día siguiente, limpiar y delimitar el área con piedras de 1m x 1m. 3. Consecutivamente colocar una capa de materia seca sin dejar espacios; y por consiguiente añadir la solución de azúcar con levadura y agua sin cloro. 4. Colocar una capa de materia verde cubriendo la anterior; igualmente añadir la solución de azúcar con levadura y agua sin cloro.
5. Contaminar, intencionalmente una porción de suelo con 600ml de aceite quemado. Colocar una capa de suelo contaminado en la biopila. 6. Repetir el proceso, es decir una capa de materia seca y otra de verde, hasta terminar la cantidad disponible. Entre cada capa añadir la solución de azúcar con levadura y agua sin cloro, y finalmente la porción del suelo contaminado a tratar. 7. Tapar la composta con la bolsa de polietileno de baja densidad, y ubicar piedras alrededor para evitar que se destape. 8. Diariamente airear dos veces durante 8 días, medir los parámetros de pH, temperatura y humedad (aplicando la técnica del puño, 2 gotas igual a una humedad de 60%) cada tercer día. Cumplidos los 8 días, solo airear una vez por día hasta el día 15.
B. Extracción agitación-centrifugación Materiales
Tubos de centrifuga de plástico Coming o Falcon de 15 ml Espátulas Vórtex Balanza analítica Rotoevaporador Pipetas de vidrio Centrífuga
Reactivos
Sulfato de sodio anhidro (Na 2SO4) Diclorometano (CH 2CI2) grado HPLC
Procedimiento: 1. Pesar una muestra de 0.5 a 2 gr de suelo seco, previamente triturado en mortero, en un tubo para centrífuga de 15 ml y adicionar 3 g de Na 2SO4 anhidro, mezclar con agitación en el vórtex hasta homogeneizar. 2. Adicionar 5 ml de diclorometano y volver a agitar en el vórtex durante 45 segundos, de tal manera que se incorpore bien el solvente con el suelo.
3. Centrifugar la muestra a 6000 rpm durante 10 minutos. Retirar el sobrenadante y colocarlo en un vial, matraz bola o tubo de vidrio. 4. Lavar el suelo dos ocasiones más sobre el residuo sólido extraído, hasta obtener aproximadamente 15 ml de sobrenadante (extracto orgánico). 5. Evaporar el disolvente (diclorometano) del extracto orgánico en un rotoevaporador hasta concentrar a sequedad. El residuo obtenido contiene todos los hidrocarburos solubles en diclorometano. 6. Recuperar el concentrado en un vial de 40 ml con tapón de teflón para su cuantificación por alguno de los métodos reportados más adelante
Diagrama de proceso
Preparar solución de levadura y azúcar 24 horas antes
Delimitar la zona de 1x1 mts
Colocar una capa de materia seca sin dejar espacios; y por consiguiente añadir la solución de azúcar con levadura y agua sin cloro.
Colocar una capa de materia verde cubriendo la anterior con la solución de azúcar con levadura y agua sin cloro.
Contaminar una porción de suelo con 600ml de aceite
Colocar una capa de suelo contaminado en la biopila.
Repetir el proceso.
Cubrir biopila.
Airear dos veces al durante 8 días
día,
Tomar lecturas de pH, humedad y temperatura.
Extracción agitación-centrifugación
Pesar una muestra de 0.5 a 2 gr de suelo seco en un tubo para centrífuga de 15 ml y adicionar 3 g de Na 2SO4 anhidro, mezclar con agitación en el vórtex hasta homogeneizar.
Adicionar 5 ml de diclorometano y agitar en el vórtex por 45 segundos,
Centrifugar la muestra a 6000 rpm durante 10 minutos. Retirar el sobrenadante y colocarlo en un vial, matraz bola o tubo de vidrio.
Lavar el suelo dos ocasiones más sobre el residuo sólido extraído, hasta obtener aproximadamente 15 ml de sobrenadante.
Evaporar el disolvente
Recuperar el concentrado en un vial de 40 ml con tapón de teflón para su cuantificación por alguno de los métodos reportados más adelante.
