BIOPILAS Se defnen como un proceso biológico controlado donde los contaminantes orgán orgánico icoss son son biode biodegra gradad dados os y minera mineraliz lizado ados. s. Se utiliz utilizan an para para reduc reducir ir las concentra concentracion ciones es de los hidrocarb hidrocarbur uros os totales totales del petróleo petróleo !"P# !"P# en suelos suelos contaminados$ con hidrocarburos. %l proceso consiste en &ormar pilas con el suel suelo o cont contam amin inad ado o y es esti timu mula larr la ac acti ti'i 'ida dad d micr microb obia iana na$$ air airea eand ndo o y(o y(o adicionando nutrientes y humedad. )no )no de los los m* m*to todo doss de bior biorrrem emed edia iaci ción ón de suel suelos os co cont ntam amin inad ados os co con n hidro hidrocar carbur buros os son las biopil biopilas as +ue +ue tambi* tambi*n n se conoc conocen en como como bioce biocelda ldas$ s$ biomont,culos o pilas de composteo. Se utilizan para reducir las concentra concentracion ciones es de los hidrocarb hidrocarbur uros os totales totales del petróleo petróleo !"P# !"P# en suelos suelos contaminados con hidrocarburos a tra'*s de la biodegradación. La biopila se defn defne e como como un proc proces eso o biol biológ ógic ico o cont contrrolad olado o dond donde e los los cont contam amin inan ante tess orgánicos son biodegradados y mineralizados. %l proceso consiste en &ormar pilas con el suelo contaminado y estimular la acti'idad microbiana$ aireando y(o y(o adic adicio iona nand ndo o nutr nutrie ient ntes es y hume humeda dad. d. %l incr increm emen ento to de la ac acti ti'i 'ida dad d microbiana es proporcional a la reducción de las concentraciones de !"P
La tecnolog,a de biopilas es similar a la biolabranza ya +ue ambas se lle'an a cabo &uera &uera del sitio$ utilizan utilizan el o-,geno o-,geno contenido contenido en el aire y estimulan estimulan el crecimiento de bacterias aerobias$ las cuales degradan los constituyentes del petróleo adsorbido por el suelo pero su di&erencia radica en la &orma de suministrar el o-,geno$ es decir en la biolabranza se suministra el o-,geno labrando o arando el suelo contaminado$ mientras +ue en la biopilas el aire se inyecta o e-trae a tra'*s de tubos per&orados o ranurados +ue atra'iesan la pila fgura /$ %PA$ /001#. )na 'ez &ormadas o construidas las pilas$ *stas deben cubrirse con una cubierta de plástico para e'itar la 'olatilización de !"P y p*rdida de calor en el proceso. proceso. Si la concentración de compuestos 'olátiles es
signifcati'a$ deberá colocarse un fltro a la salida del aireador$ para tratar los gases antes de ser liberados a la atmós&era. %n este traba2o se describe el dise3o$ construcción y operación de un sistema de biopilas proyectado en los terrenos de una "erminal de Almacenamiento y 4istribución cuyos suelos están contaminados con hidrocarburos en concentraciones promedios de !"P de 5/ 666 mg(7g. Marco teórico
La biodegradación de los hidrocarburos$ es un proceso mediante el cual$ los microrganismos reducen la comple2idad de los compuestos +u,micos a compuestos más simples$ es decir de menor peso molecular$ por lo +ue se presenta como una opción muy 'iable para el tratamiento de los suelos contaminados con hidrocarburos. Para +ue la degradación se lle'e a cabo$ es necesario +ue e-istan las condiciones ambientales adecuadas$ as, como la cantidad sufciente de microrganismos degradadores de hidrocarburos$ estos por lo general son los microrganismos autóctonos del sitio contaminado. )no de los principales problemas de la biodegradación$ es +ue en presencia de altas concentraciones del contaminante en el suelo$ pueden e-istir e&ectos de to-icidad sobre la población microbiana. Otro$ es la insufciencia de nutrientes en el suelo sin embargo$ la presencia de cantidades m,nimas de nitrógeno y &ós&oro permiten la biodegradación en el suelo aun+ue a 'elocidades muy ba2as. Los &actores ambientales +ue a&ectan la acti'idad microbiana y por lo tanto la biodegradación son8 contenido de humedad$ temperatura$ nutrientes inorgánicos principalmente nitrógeno y &ós&oro#$ aceptores de electrones o-,geno$ nitrato$ sul&ato#$ p!$ presencia de metales pesados$ tipo y cantidad de material orgánico presente. La biodegradación de los hidrocarburos se lleva a cabo principalmente por dos grupos de microrganismos: las bacterias y los hongos. Las bacterias tienen un crecimiento muy rápido y
una mayor capacidad de adaptación a los medios contaminados. La biodegradación de los hidrocarburos es óptima con un contenido de humedad entre 70 y 95 por ciento de la capacidad de campo. La biorremediación depende principalmente de la actividad de los microrganismos aerobios por lo que se requiere un suministro adecuado de oxgeno al suelo. Apro-imadamente se re+uieren de 9 7g de
o-,geno por 7g de hidrocarburos para asegurar una buena degradación. :uando los poros del suelo se encuentran ocupados por mol*culas de agua$ la di&usión del o-,geno es menor y se pueden presentar condiciones anó-icas. Para tener una degradación aerobia es necesario tener apro-imadamente /6 por ciento de poros libres en la matriz del suelo . Los contaminantes
org!nicos presentes en el suelo" son la #uente de carbono que los microrganismos requieren para la biodegradación.
La e&ecti'idad de la biopila depende de los siguientes &actores8 • • •
:aracter,sticas del suelo. :aracter,sticas de los contaminantes. :ondiciones climatológicas.
;enta2as de las biopilas •
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Los contaminantes se destruyen en 'ez de pasar a otra condición. %l dise3o y construcción son relati'amente &áciles. %l saneamiento del suelo se lle'a a cabo en un per,odo entre 9 y < meses$ dependiendo de las condiciones climáticas$ la concentración de hidrocarburos y del tipo de suelo. %l suelo saneado mediante biopilas no re+uiere ser confnado despu*s. Las biopilas o&recen un costo más competiti'o con respecto a otras t*cnicas de saneamiento de suelos.
Limitaciones •
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Los hidrocarburos aromáticos polic,clicos !AP# de cinco y seis anillos son di&,cilmente degradables en las biopilas. Las biopilas no son e&ecti'as para concentraciones de !"P superiores a =6 666 mg(7g. La presencia de metales pesados pueden inhibir el crecimiento de microrganismos.
>?"O4OLO@A •
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%stablecer los ni'eles de limpieza en base a los :riterios interinos de estauración de suelos$ buscaron parámetros internacionales +ue establecieran concentraciones má-imas permisibles en el suelo. 4eterminar los 'olCmenes de suelo a saneara. Seleccionar la t*cnica de saneamiento$ La selección de la t*cnica in'olucra las caracter,sticas &,sicas y +u,micas del material contaminante$ condiciones ambientales$ e+uipos re+ueridos$ regulaciones ambientales$ aspectos de seguridad$ salud pCblica y los tiempos y re+uerimientos económicos globales.
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%l primer paso para seleccionar adecuadamente la tecnolog,a de saneamiento es e-aminar el costo e&ecti'o as, como si la e-ca'ación y(o transportación se 2ustifca. Por otro lado los tratamientos &uera del sitio son más rápidos y tienen un me2or control$ además no e-iste ningCn impedimento t*cnico u operacional para e-ca'ar el suelo contaminado. %l segundo paso es determinar si la tecnolog,a seleccionada se basará en un proceso &,sico$ +u,mico$ biológico o t*rmico. ni'el &reático somero$ alta permeabilidad$ tipo de suelo contaminado y tipo de contaminante !"P#$ se considera la opción de aplicar una tecnolog,a biológica. Dinalmente se selecciona la o las tecnolog,as +ue puedan aplicarse al sitio +ue se desea sanear.
Seleccionar el sitio óptimo para el saneamiento$ %l sitio donde se construirán las biopilas para el saneamiento del suelo debe ser accesible$ seguro$ plano$ libre de inundaciones$ y le2os de un área residencial. %l área debe contar con espacio adecuado y con los ser'icios +ue permitan la instalación del sistema aeración y distribución de agua. Se re+uiere un área plana para la construcción de la biopila. %l espacio debe ser sufciente para almacenar el suelo$ mezclarlo y prepararlo para la biopila. Preparación de la base$ La base de la biopila tiene tres &unciones8 /. Proporcionar una cimentación estable para soportar la biopila as, como el mane2o de las operaciones re+ueridas. 5. La base proporciona una barrera contra la migración potencial del contaminante en el suelo subyacente. 9. La base debe contar con una pendiente de 5 a 9 por ciento para e'itar el almacenamiento de li-i'iados en la base de la biopila La base para la biopila consta de una subEbase de suelo o arcillas$ una capa impermeable$ una capa compactada de suelo limpio y a los lados$ zan2as o canales para la conducción del e-ceso de agua &uera del área de tratamiento Sobre el terreno natural limpio se coloca una capa de suelo la cual se compacta y ni'ela para &ormar la subEbase. %s importante +ue el material para &ormar la subEbase no contenga part,culas mayores de /.5= cm ya +ue pueden
causar protuberancias o per&oraciones en la capa impermeable +ue se coloca sobre la subEbase. %l espesor óptimo de la subEbase es de /= a 5= cm. •
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4ise3ar el sistema de aireación$ La biopila debe contar con un sistema de aeración +ue suministre o-,geno sufciente para +ue los microrganismos degraden los compuestos BroFn y :artFright$ /006#. %l suministro puede ser acti'o o pasi'o. %n ambos casos se re+uiere la instalación de drenes$ tuber,as ranuradas o per&oradas +ue se colocan a di&erentes alturas a tra'*s de la biopila de manera +ue el aire penetre. %n el m*todo pasi'o se de2a +ue el aire penetre naturalmente a los drenes. Los sistemas de 'entilación acti'a consideran sistemas de inyección y e-tracción de aire. %stos sitemas deben actuar de manera +ue el Gu2o de aire est* 2usto arriba de las condiciones de o-,geno l,mite a fn de pre'enir e-ceso de 'olatilización de los hidrocarburos +ue reduzcan las emisiones de 'apor hacia el e-terior. :alcular la cantidad de nutrientes y (o humedad re+ueridos. /. Los microorganismos re+uieren humedad para transportar los nutrientes$ lle'ar a cabo los procesos metabólicos y mantener la estructura de la c*lula. Sin embargo$ un e-ceso de humedad es indeseable debido a +ue el agua ocupar,a gran parte de los poros del suelo$ limitando la permeabilidad del aire y reduciendo la efciencia de aeración. 5. Los organismos re+uieren de una &uente de carbono para producir biomasa. Los microorganismos +ue degradan los hidrocarburos en una biopila utilizan a estos como &uente de carbono y energ,a. Los contaminantes y los compuestos orgánicos naturales del suelo por lo general suministran este carbono re+uerido$ pero e-isten otras sustancias +ue son nutrientes esenciales$ como el nitrógeno$ el &ós&oro y el potasio +ue pueden estar en ba2a proporción con respecto al carbono. 4ise3ar el sistema de drena2e e irrigación. :olección de li-i'iados La pila se dise3a para +ue la generación de li-i'iados sea m,nima$ por lo +ue la construcción de un sistema recolector de li-i'iados no es necesario$ a menos +ue las condiciones lo re+uieran. Los li-i'iados se recolectan utilizando zan2as o canales.
Sin embargo$ cuando es necesario el sistema recolector$ *ste se construye siguiendo la pendiente de la base y utilizando tubos de P;: de 5H de diámetro +ue conduzcan los li-i'iados hacia las zan2as$ *stas deben estar cubiertas por una capa impermeable. %l sistema recolector re+uiere de una bomba para trans&erir los li-i'iados de la zan2a$ al tan+ue de almacenamiento. %n la "A4$ el sistema recolector de li-i'iados constará de una zan2a o canal alrededor de la pila con una base de arcillas compactas y una pendiente del 5$ las paredes del canal se cubrirán con mortero para e'itar desla'es. La pro&undidad de la zan2a será de 56 cm y el ancho de 96 cm. %l agua recolectada puede reutilizarse$ debido a +ue contienen nutrientes en ba2as concentraciones# +ue no se absorbieron. "ambi*n pueden descargarse hacia el alcantarillado$ 'erifcando si cumple con la Jorma Ofcial >e-icana JO>E665E %:OLE/00<$ +ue establece los l,mites má-imos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales a los sistemas de alcantarillado urbano o municipal. La reutilización dependerá de los re+uerimientos de humedad$ nutrientes y del 'olumen de li-i'iados recolectados. Para la "A4 se proyectaron las dos posibilidades$ reutilizar y descargar el agua al alcantarillado$ para ello es necesario un tan+ue$ para almacenar los li-i'iados +ue se reutlizarán
Dormación de la pila La construcción o &ormación de la pila consiste en los siguientes pasos. •
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Limpiar el área de construcción. La base debe tener una pendiente +ue permita drenar y colectar el agua de llu'ia. %-ca'ar el suelo contaminado. para la "A4$ se e-ca'ará hasta 5.1K m# :argar los camiones de 'olteo con el suelo contaminado
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"rasladar el suelo contaminado hasta el sitio donde se construirán las pilas 4escargar el suelo contaminado :onstrucción de la base de la pila con una pendiente del 5 :onstrucción de las zan2as de tierra$ alrededor de la pila para pre'enir el desla'e de la biopila y la infltración de los li-i'iados$ si la zan2a se construye con tierra$ esta debe cubrirse con una capa de polietileno o plástico grueso para protegerla de la erosión. Dormación de la pila en capas y adición de nutrientes Antes de la construcción de la pila se instala el sistema de aireación con todos sus accesorios. :olocación de la cubierta. :one-ión de la tuber,a de aireación al e+uipo >uestreo de la biopila cada semana durante / mes y despu*s de este per,odo / 'ez al mes
:osto de la biopila Para elaborar el presupuesto del saneamiento del suelo contaminado con hidrocarburos en la "A4$ las acti'idades se di'idieron en // cap,tulos para su análisis$ para esto se realizó un estudio mercado para cotizar los materiales necesarios en la construcción$ operación y mantenimiento de la pila. Los cap,tulos son8 •
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Preparación del sitio +ue incluye los traba2os preliminares$ limpieza del terreno y acarreo del desmonte. :onstrucción de la base incluye todos los traba2os in'olucrados en la construcción como la colocación de la arcilla$ compactación$ impermeabilización$ e-ca'ación de las zan2as para drenes$ etc. :onstrucción de la pila incluye la e-ca'ación del suelo contaminado$ acarreo del mismo y la &ormación de la pila. Sistema de aireación incluye el suministro y colocación de los tubos del sistema de aireación para las pilas de =66 m9 y K66 m9 as, como las compresores correspondientes. ecolección de li-i'iados$ incluye el suministro y colocación del depósito de li-i'iados$ bomba y la tuber,a para la conducción hacia las zan2as. Adicción de humedad$ incluye el suministro y colocación del sistema de irrigación y el suministro del agua. Adición de nutrientes$ incluye el suministro y adición de nutrientes. :ubierta incluye el suministro y colocación de la cubierta. >uestreo incluye la colocación de los puntos de muestreo y análisis.
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>onitoreo incluye los traba2os de inspección semanal y mensual de todo el sistema. >antenimiento$ incluye todos los traba2os necesarios para mantener operando en óptimas condiciones los elementos +ue integran el sistema de biopilas.
%l dise3o del sistema de biopilas es &actible para el saneamiento del suelo contaminado con hidrocarburos totales del petróleo de la "A4. %l porcenta2e de remoción de "!P se espera +ue sea del 06 pues se reducirán las concentraciones de 5/ 666 ppm a 5 666 ppm +ue es el l,mite establecido por los :riterios Interinos de estauración de Suelos. 4urante el tratamiento no se generan subproductos +ue re+uieran un tratamiento especial$ además el tiempo de tratamiento comparado con otros sistemas biológicos es relati'amente corto$ apro-imadamente < meses. )na 'enta2a es +ue las biopilas se pueden construir dentro de las instalaciones de la "A4 sin inter&erir con su buena operación y por lo tanto los costos se reducen consideradamente. Jo se re+uiere e+uipo especializado para la construcción y operación de la biopila$ Cnicamente son necesarios camiones de 'olteo y trascabos %l costo del sistema de biopilas es económicamente 'iable apro-imadamente M66.66 m9 de suelo tratado "ambi*n se recomienda realizar una prueba piloto con el suelo a tratar para demostrar su &actibilidad en campo. Por otro lado la relación :8J8P puede optimizarse con la pruebas de tratabilidad. Además durante estas pruebas puede determinárse la &actibilidad de adicionar agentes te-turizantes$ para una degradación más rápida de los hidrocarburos. La urea y el super&os&ato pueden sustituirse por otros &ertilizantes +ue contengan los nutrientes re+ueridos. La cubierta puede sustituirse por una capa de gra'a en los lugares donde los 'ientos impidan el uso de la capa de plástico.
