BIIO OP PRROCC EES SOOSS DPAARRAA RREEMMEEDIAARR

IINNSSTTIITTUUTTOO PPOOLLIITTÉÉCCNNIICCOO NNAACCIIOONNAALL

EESSCCUUEELLAA SSUUPPEERRIIOORR DDEE IINNGGEENNIIEERRÍÍAA QQUUÍÍMMIICCAA

EE IINNDDUUSSTTRRIIAASS EEXXTTRRAACCTTIIVVAASS

BBIIOOPPRROOCCEESSOOSS PPAARRAA RREEMMEEDDIIAARR RREESSIIDDUUOOSS

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PPAARRAA OOBBTTEENNEERR EELL TTIITTUULLOO DDEE IINNGGEENNIIEERROO QQUUÍÍMMIICCOO

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MMÉÉXXIICCOO,, DD..FF..,, JJuunniioo ddee 22001100

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA QUiMICA EINDUSTRIAS EXTRACTIVAS

SECRETARIA DE

EDUCACION PUBLICA

T-on·10. Mexico, D. F., a 17 de Mayo 2010.

A la C. Pasante: Boleta: Carrera: Generaci6n: YAZMIN HERNANDEZ FRAGOSO 2006320396 IQI 2005-2009 Rancho el Encanto Mz. 9 Lt. 70C Rancho San Bias Cuautitlan Estado de Mexico C.P.54801

Mediante el presente se hace de su conocimiento que este Departamento acepta que el C. ,. r l~

Dr. Enrique Rico Arzate, sea orientador en el tema que propone usted desarrollar como prueba

escrita en la opci6n, Tesis Individual, con el titulo y contenido siguiente:

"Bioprocesos para remediar residuos peligrosos".

Resumen. Introducci6n.

1.- Generalidades. \ 11.- Tecnlcas de remediaci6n biol6gicas.

111.- Biorremediaci6n de suelos contaminados con hidrocarburos del petr61eo .

IV.-Discusi6n de resultados. Conclusiones. Bibliograffa.

irno de un ario, a partir de esta fecha, para.--....

In . T evedo Saines Jera delDep 'ftamento de Evaluaci6n y

Seguimiento Academico

TQS/ams

c. c. p.- ControlEscolar.

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA QUIMICAEINDUSTRIAS EXTRACTIVAS

SECRETARIA DE

EDUCACION PUBLICA DEPARTAMENTO DE EVALUACION Y SEGUIMIENTO ACADEMICO

Mexico, D. F., 21 de Junio de 2010. T·077·10

AI C. Pasante: Boleta: Carrera: Generaci6n: YAZMIN HERNANDEZ FRAGOSO 2006320396 IQI 2005·2009

Presente.

Los suscritos tenemos el agrado de informar a Usted, que habiendo procedido a revisar el borrador

de la modalidad de titulaci6n correspondiente, denominado:

"Bioprocesos para remediar residuos peligrosos"

encontramos que el citado TRABAJO DE TESIS INDIVIDUAL, reune los requisitos para autorizar el

Examen Profesional y PROCEDER A SU IMPRESION sequn el caso, debiendo tamar en consideraci6n las

indicaciones y correcciones que al respecto se Ie hicieron.

Atentamente

.----------_.

M. en C. J. Humbe~O Toledano Vocal

TQS/)vs

C.C.p.- Expediente

AGRADECIMIENTOS

Primero quiero agradecer a Dios por haberme dado la oportunidad de estar con las

personas mas importantes en mi vida mi mamá Graciela Fragoso Morales, mi papá Pedro

Germán Hernández Lucio y mi hermana Carmen Anaid Hernández Fragoso, a ellos mil

gracias por ser parte de todos los sueños, ser apoyo incondicional, por sus sacrificios y

esfuerzos constantes, por compartir tristezas, alegrías, éxitos y fracasos y por creer en mí.

Porque a través de sus consejos hemos logrado forjar un camino, guiarnos y alentarnos

ante los obstáculos que se nos han presentado. Por estar presentes en todas las cosas

nuevas que emprendo y sobre todo por la confianza y amor.

A tí mamá…

Gracias por darme la oportunidad de ser tu hija, por tu amistad y por ser la persona más

importante en mi vida. Gracias por todos los desvelos, charlas y sobre todo por tú apoyo

incondicional…te amo mamá….

A ti papá…

Gracias por todos los consejos, enseñanzas y por brindarme todo el apoyo incondicional y

sobre todo el amor que en todo nos lo demuestras.

A mi flaka…

Gracias por acompañarme, estar siempre cuando te necesito, por compartir tantas cosas y

sabes porque mas, por ser siempre tú….te admiro mucho flakita… Gracias por el ejemplo

de vida.

Quiero agradecer a todas las personas que me apoyaron para concluir las bases de este

proyecto de vida. A mis compañeros, en especial a mis amigos por compartir tantos

momentos, tantas tareas, horas de estudio, de trabajo y también por los momentos

divertidos que vivimos juntos.

Gracias por todo….

HERNÁNDEZ FRAGOSO YAZMIN

AGRADECIMIENTOS INSTITUCIONALES

Al Instituto Politécnico Nacional, a la ESIQIE por dejarme formar parte de sus aulas y de

su historia, por brindarme las herramientas necesarias para desempeñarme en la vida y

sobre todo por dejarme desarrollar todas las aptitudes de las que gozamos sin saberlo.

A los profesores, por brindarme sus conocimientos, apoyo en todo y por ser siempre los

forjadores de algo grande.

Al Doctor Enrique Rico por conducir la Tesis que ahora se concluye. Por su tiempo y

disposición, sobre todo por todo el apoyo en la redacción y todas las ideas

aportadas en ella, por su amistad.

Al Maestro Humberto Romo por la oportunidad que me dio de trabajar con él, gracias a

ello he aprendido muchas cosas y por todo su apoyo.

Al Doctor Orlando Pineda por ser mi primer jefe, brindando su confianza y amistad.

Al Ingeniero Damián García Morales por su apoyo incondicional, por su confianza,

amistad; y sobre todo por ser una de las personas más sencillas y brillantes que

tengo el honor de conocer. Gracias tío.

Gracias a cada uno de ellos, por su calidad como personas, por mostrarme que las cosas

se pueden lograr y por formar parte de este logro tan importante.

BBiioopprroocceessooss ppaarraa RReemmeeddiiaarr RReessiidduuooss PPeelliiggrroossooss

Hernández Fragoso Yazmin

RESUMEN.

En la presente tesis se exponen los métodos de eliminación que se logran aplicar

para el tratamiento de residuos peligrosos que no son reciclados ni transformados en otros

productos. Los más importantes son los vertederos, la incineración, el almacenamiento y

la supresión.

Algunas sustancias biológicas, los compuestos químicos tóxicos e inflamables y los

desechos químicos tóxicos son peligrosos para la salud del ser humano y para el medio

ambiente. Estas sustancias pueden ser gaseosas, líquidas, semisólidas o sólidas.

Entre las más severas contaminaciones se destacan las que se produjeron y todavía

se producen a causa de la extracción y el manejo del petróleo en todos los países

productores de hidrocarburos; los contaminantes principales son hidrocarburos distribuidos

en el suelo, subsuelo y en la atmósfera subterránea.

Profundizando en la información sobre los estudios de caracterización que se han

llevado a cabo en el predio de la Ex-Refinería 18 de Marzo, la contaminación fue causada

por los derrames y fugas de los productos derivados del petróleo. En el suelo los

hidrocarburos impiden el intercambio gaseoso con la atmosfera, 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 puede

ser más o menos lenta, ocasionando una mayor toxicidad.

La tesis sitúa a la Biorremediación como una alternativa saludable frente al deterioro

progresivo de la calidad del medio ambiente por el derrame de crudo. Existen diversos

métodos para lograrla ex situ: forma aeróbica, forma anaeróbica. La primera se ha

demostrado que es la más eficiente para reducir niveles de contaminantes alifáticos e

hidrocarburos aromáticos del petróleo (benceno, naftaleno), muy frecuentes en gasolinas.



En el modo de tratamiento aeróbico, el agua subterránea es oxigenada por uno de los

siguientes métodos: dispersión directa de oxígeno, previo a la reinyección o adición de

peróxido de hidrógeno directamente en un pozo de inyección o en el agua inyectada. Los

modos anaeróbicos son a menudo usados para la remediación de otros compuestos tales

como solventes clorados, pero generalmente son más lentos que los aeróbicos rompiendo

los hidrocarburos del petróleo.

Los derrames de hidrocarburos del petróleo son una problemática; ya que generan

una amenaza real a la salud pública, así como la extinción de especies vegetales y animales.

La técnica de Biorremediación en la Ex -Refinería fue evaluada a través de un

diseño de 9 unidades experimentales (Biopilas), cambiando las condiciones del tratamiento

con la adición de Lombrices, Ácidos Húmicos, Carbón y Zeolita.

La parte experimental se presenta en el capítulo III, donde se muestra la forma como

se realizó cada uno de los experimentos, los materiales utilizados y la forma de realizar el

muestreo y los análisis para conocer las concentraciones a lo largo del tiempo.

En cuanto a los resultados obtenidos (capítulo IV) se puede decir que es una técnica

viable, y el tiempo en el que se lleva a cabo es menor a lo reportado en la literatura. En la

discusión de los resultados se observa que la pila formada bajo condiciones semejantes y

ácidos húmicos como agregado presenta la velocidad de transformación de hidrocarburos

presentes en el suelo, es mayor que en los otros experimentos.

En la última parte de la tesis se dan las conclusiones y las recomendaciones para

futuros trabajos de biorremediación empleando el método de biopilas ex situ.



Introducción .

Capítulo I Generalidades .

I.I Los Residuos en la Sociedad . 2 I.I.I Re siduos Sólidos Urbanos (RSU) . 3 I.I.2 Residuos Sa nitarios . 4 I.I.3 Residuos Industriales . 5 I.I.4 Residuos Radiactivos . 7 I.I.5 Residuos Agrícolas, Ganaderos y Forestales . 8 I.2 Métodos de Eliminación . 9 I.3 Recuperación de Recursos Energéticos . 13 I.4 Reciclado . 14 I.5 Residuos Peligroso s . 15 I.6 Tratamiento de Residuos Peligrosos . 16

Capítulo II Técnicas de Remediación Biológicas .

2. I Conformación del Suelo . 19 2.2 Contaminación del suelo . 19 2.3 Procesos Naturales para la elimina ción de contaminante . 2 4 2.4 Actividad Microbiana . 25 2.5 Metabolismo Microbiano ( Biotransformación) . 26 2.6 Biotratamientos . 28 2.7 Biorremediación . 34 2 . 7 .I Formación de Biopilas . 36 2 . 7 .2 Tratamiento con Bacterias . 37 2.7 .3 Tratamiento con Lomb ricomposta . 40

2.7.3.1 ¿Qué es lo que hace la Lombriz a los Residuos

Biodegradables?

40

2.7 .4 Adición de Ácidos Hú micos . 41 2.7 .5 El Carbón Activado c omo medio . 43 2 . 7 .6 La Z eolita como medio . 44 2.8 Ventajas y limitaciones . 45

Capítulo III Biorremediación de suelos contaminados con hidrocarburos

del petróle o.

3. I Metodología de Biorremediación de suelos contaminados 49 3. 1.1 Materi ales empleados en el proceso de Biorremediación .

51

3. 2 P rocedimiento de toma de muestra . 58 3 .3 Aireación del proceso . 63 3.4 Procedimiento de mues treo . 63



3. 5 Análisis preliminar po r la técnica de P etro F lag . 64

3. 6 Análisis mediante la técnica de cromatografía de gases utilizando el

Detector de Ionización de Flama (FID) .

68

Capítulo IV Discusión de R esultados . 4.1 Discusión de los resultados de las concentraciones de la fase ligera y la fase media a través del tiempo .

75

4.2 Demostración de l a biorremediación de suelos i m pactados con hidrocarburos del Petróleo .

85

Conclusiones y recomendaciones . 90 Bibliografía . 9 2



Índice de Tablas

Tabla 1.1 Clasificación de los residuos de acuerdo al sector de actividad. 3

Tabla 1.2 Porcentaje de residuos que van a vertederos en diferentes países. 10

Tabla 1.3 Ventajas y desventajas para los posibles tratamientos de residuos

peligrosos.

17

Tabla 2.1 Elementos esenciales del suelo. 19

Tabla 2.2 Procesos naturales de degradación. 23

Tabla 2.3 Reactividad de los Ácidos Húmicos. 44

Tabla 3.1 Formación de las Unidades Experimentales “Biopilas”. 51

Tabla 3.2 Cantidad de Nutrientes y Materiales utilizados. 52

Tabla 3.3 Cronograma de actividades. 59

Tabla 3.4 Parámetros medidos durante el proceso de remediación de Suelo

Contaminado (pH)

60


Contaminado (Temperatura ºC)

61


Contaminado Humedad (%)

62

Tabla 3.7 Parámetros medidos durante el proceso de remediación de Suelo. 67

Tabla 3.8 Solución Patrón de calibración de Hidrocarburo F.M (en

metanol).

71

Tabla 3.9 Resultados de las determinaciones de TPH´s, realizados por el

laboratorio acreditado INTERTEK concentraciones en mg/Kg

72

Tabla 3.10 Resultados de cuenta total en placa. 72

Tabla 4.1 Variación de las concentraciones de Fracción Ligera. 76

Tabla 4.2 Límites máximos permisibles de las concentraciones de Fracción

Media.

78



Tabla 4.3 Relación de C/Co en función del tiempo y de los diferentes

materiales agregados durante el proceso .

8 2

Tabla 4.4 Constante s de la velocidad de degradación en el proc eso de

biotransformación de hidrocarburos .

8 6

Tabla 4. 5 Resultados de eficiencia en el proceso de co n respecto al tiempo

y cada uno de los agregados .

8 6



Índice de Figuras

Figura 1.1 Resid uos Sanitarios . 5

Figura 1.2 Residuos Industriales . 6

Figura 1.3 Control de Residuos Clínicos específicos y asimilables

urbanos .

6

Figura 1.4 Residuos Radiactivos . 8

Figura 1.5 Residuos Forestales . 8

Figura 1.6 Vertido incontrolados o tiraderos a cielo abierto . 1 1

Figura 2.1 Biorestauración ex situ de agua y suelo . 3 2

Figura 2.2 Proceso de Biorremediación in situ de agua y suelo . 3 3

Figura 2.3 Parámetros implicados en la Biorremediación . 3 6

Figura 2. 4 Formación de las Biopilas, para fines de la experimentación de

2m 3 .

3 7

Figura 2.5 Bacteria Pseudomonas . 38

Figura 2.6 Bacteria Brevibacterium . 38

Figura 2.7 Bacteria Flavobacterium . 39

Figura 2.8 Estructura de los Actinomicetos . 39

Figura 2.9 Esquema General del Procesamiento de la materia Orgánica por

la Lombriz Composteadora, 1984

4 1

Fi gura 2.10 Estructura del Acido Húmico . 41

Figura 2 .11 Estructura del Acido Fulvico . 4 1

Figura 2.12 Reactividad de los Ácidos Húmicos . 42

Figura 2.1 3 Carbón Activado . 4 3

Figura 3.1 Cribado de material . 5 0

Figura 3.2 Transporte de material y formación de Biopila . 5 0

Figura 3.3 Unidades Experimentales (Biopilas) . 5 2

Figura 3.4 Biopila CONTROL, tratada con Fosfato Diamónico - DAP y



Figura 3.4 Biopila CONTROL, tratada con Fosfato Diamónico-DAP y

Urea.

53

Figura 3.5 Biopila tratada con Lombricomposta. 53

Figura 3.6 Biopila tratada con Carbón Activado. 53

Figura 3.7 Biopila tratada con Zeolita. 53

Figura 3.8 Biopila tratada con Ácidos Húmicos. 53

Figura 3.9 Biopila formada y tratada de Zeolita y Carbón Activado

Agotado.

53

Figura 3.10 Espectro de Infrarrojo del Ácidos Húmicos. 54

Figura 3.11 Difractograma de la zeolita natural. 55

Figura 3.12 Micrografía MEB de la zeolita natural de Catano-Etla, Oaxaca. 55

Figura 3.13 Imágenes TEM a) magnificación a 200 nm b) magnificación a

50 nm (c) Patrón de difracción en la región oscura.

55

Figura 3.14 Espectro de Infrarrojo de la muestra de zeolita natural. 56

Figura 3.15 a) Micrografía de Carbón Activado tipo CA2 con el catalizador

metálico a 5000 X b) Micrografía de Carbón Activado tipo CA con el

catalizador metálico a 5000 X c) Micrografía de Carbón Activado tipo CA4

con el catalizador metálico a 5000X.

56

Figura 3.16 Muestra de Zeolita. 57

Figura 3.17 Muestra de Carbón Activado. 57

Figura 3.18 Lombricomposta +ZNA+Cact.act.agotado. 57

Figura 3.19 Zeolita y Carbón activado agotado. 57

Figura 3.20 Comportamiento del pH a través del muestreo realizado

durante el proceso.

60

Figura 3.21 Comportamiento de la Temperatura a través del muestreo

realizado durante el proceso.

61



Figura 3.22 Comportamiento del porcentaje de Humedad a través del

muestreo realizado durante el proceso

62

Figura 3.23 Aireación de Biopilas con maquina. 63

Figura 3.24 Procedimiento de muestreo en la Biopila. 64

Tabla 3.25 Diagrama de Bloques para manejar el equipo de Petroflag. 65

Figura 3.26 Muestras y equipo para llevar a cabo el análisis PetroFlag. 66

Figura 3.27 Adición de solvente a la muestra que se va a analizar. 66

Figura 3.28 Lectura con equipo PetroFlag. 67

Figura 3.29 Equipo Detector de Ionización de Flama (FID). 68

Figura 3.30 Diagrama de Bloques para llevar a cabo la extracción de

muestra para análisis en cromatógrafo.

70

Figura 4.1 Cromatograma inicial de la Fracción Ligera. 77

Figura 4.2 Cromatograma final de la Fracción Ligera. 77

Figura 4.3 Cromatograma de la Concentración de los diferentes

hidrocarburos presentes en la

fracción media.

79

Figura 4.4 Comparación de cromatogramas de Fracción Media: a) inicial

de fracción media; b) final de fracción media.

80

Figura 4.5 Curvas cinéticas de biodegradación de las fases contaminantes

presentes en las unidades de experimentación, con los diferentes agregados:

a) control; b) Ácidos Húmicos; c) Lombricomposta; d) Lombricomposta II;

e) Carbón act. Agotado; f) Carbón act. Nuevo; g) Zeolita y h)

Nuetrientes+c.act.+ZNM.

84

Figura 4.6 Eficiencia en el proceso de Biorremediación de hidrocarburos

contaminantes, en las unidades de experimentación, con los diferentes

agregados: a) control; b) Ácidos Húmicos; c) Lombricomposta II; d) Carbón

act. Agotado; e) Zeolita; f) Carbón act. Nuevo; g) Nuetrientes+c.act.+ZNM y

h) Lombricomposta.

88



INTRODUCCIÓN

Desde que el hombre descargo por primera vez desperdicios orgánicos en el medio

ambiente, los procesos biológicos han sido los mecanismos predominantes asociados con la

remoción de contaminantes. Los primeros esfuerzos de tratamiento para desechos sólidos y

líquidos, donde la biodegradación fue el principal proceso de eliminación de

contaminantes.

En el pasado los suelos contaminados eran quemados o tratados químicamente en el lugar.

Estos remedios alternativos son muy costosos y la regulación es difícil. De 5 a 10 años atrás

los procesos biológicos no eran considerados una opción viable para el tratamiento de

muchos residuos orgánicos y peligrosos, sin embargo, los recientes desarrollos han

demostrado que las Tecnologías innovadoras de Biorremediación pueden ofrecer la

completa destrucción de los contaminantes y pueden también ser aplicados a un bajo costo,

rápidamente y sin mucho riesgos:

1- Es una aproximación bastante efectiva económicamente hablando, para remover

contaminantes orgánicos del suelo o del manto freático;

2- El tratamiento biológico es una opción factible para la eliminación de contaminantes

en procesos de tratamiento de las descargas de desechos y de lodos.

Esta tecnología usa la actividad biológica para reducir la concentración o toxicidad de un

contaminante. Comúnmente utiliza procesos por los cuales los microorganismos

transforman o degradan los compuestos químicos en el medio ambiente, convirtiéndose en

una de las tecnologías más efectivas de innovación realizadas en este siglo.

La biorremediación ha sido aplicada exitosamente para llevar a cabo la degradación natural

de los hidrocarburos del petróleo y químicos en todo el mundo.



La contaminación con gasolina y diesel es especialmente el soporte para esta

tecnología. Aun, aceites pesados y aceites crudos han sido degradados oportunamente

mediante el uso de microorganismos.

Los factores importantes que tienen influencia en el proceso de Biorremediación, incluyen

el uso y manipulación de nutrientes y de microorganismos presentes, los cuales comienzan

a biodegradar su nueva fuente de alimento. Estos seres vivos degradan los contaminantes

en el agua, sedimentos o suelo, produciendo CO2, H2O y biomasa.

El tratamiento biológico, también conocido como mejoramiento biológico es obtenido

cuando se estimula la bacteria natural procedente del mismo sitio contaminado o cuando se

aplican bacterias cultivadas en el laboratorio. Es uno de los métodos ampliamente utilizado

para que en forma natural se acelere el proceso de degradación de hidrocarburos.

Se pueden biodegradar muchas sustancias, los que hace a esta técnica muy útil en el

mejoramiento del problema de la contaminación. Es una de las tecnologías innovadoras

para resolver este tipo problemas ambientales, convirtiéndose en el interés particular para

la realización de este trabajo.

El objetivo de la tesis es aplicar el método de biorremediación de suelo para degradar

hidrocarburos del petróleo, con la ayuda de bacterias, lombrices, ácidos húmicos, carbón

activado y zeolita; siguiendo el procedimiento de toma de parámetros, toma de muestra y

análisis de estas.

Además se realiza la descripción de los principales factores que favorecen o afectan al

proceso, así como la descripción de los parámetros que intervienen en el mismo.

Exponer un panorama de lo que es el tratamiento de contaminantes, por medio del método

de Biorremediación (Tratamiento a base de microorganismos naturales capaces de degradar

los contaminantes existentes en determinado sitio). La demostración de la efectividad del



proyecto de Biorremediación, mediante la aplicación del mismo en campo. Mostrando con

valores reales y comparativos los grados de descontaminación.




Hernández Fragoso Yazmin - 2 -

1. GENERALIDADES

El presente capitulo muestra el papel que juegan los diferentes residuos que se

encuentran en nuestra sociedad, así como su posible tratamiento y método de

eliminación, para evitar la contaminación del ambiente considerando si son o no

reciclables.

1.1 Los Residuos en la Sociedad.

Los residuos constituyen uno de los problemas ambientales más graves de nuestra sociedad.

Por tal motivo la creciente preocupación por el medio ambiente ha hecho surgir la necesidad de

un cambio en el tratamiento tradicional de los residuos, donde la mayoría de los productos de

desecho eran depositados en el suelo, el agua o el aire.

Un residuo se define como todo material solido o semisólido resultante de un proceso de

fabricación, transformación, utilización, consumo o limpieza, cuando su poseedor o productor lo

destina al abandono [1]. En el sector agrícola se menciona el estiércol y restos de cosechas. Al

referirse a los desechos de la industria se mencionan, cenizas, escombros, productos químicos,

los cuales en la mayoría de los procesos no son tratados de la manera adecuada.

Para saber la clasificación de los residuos, esto de acuerdo al sector de actividad en México,

la Tabla 1.1 muestra la clasificación de estos sectores, lo cual da un punto de partida para saber

cómo se utilizan los recursos, que clase de residuos se obtienen de acuerdo a cada sector.



Tabla 1.1- Clasificación de los residuos de acuerdo al sector de actividad.

Sector Tipo de Residuo Clases Componentes

Primario

(Agricultura,

Ganadería y

Silvicultura)

Ganadería

Forestales

Agricultura

Cultivos

Estiércol

Cortes de madera

Cenizas

Tallos, hojas, pajas

Secundario

(Industria y Energía)

Industriales

Radiactivos

Inertes

Asimilables a urbanos

Tóxicos y peligrosos

Alta actividad

Media y baja

actividad

Chatarras, vidrio, arenas, virutas

metálicas.

Plásticos, papeles, vidrio.

Compuestos con berilio, productos

inflamables explosivos, etc.

Terciario

(Servicios)

Sólidos urbanos

Sanitarios

Domésticos

Voluminosos

Comerciales

Construcción y

demolición

Papel, materia orgánica, vidrio.

Restos de muebles,

electrodomésticos,

Envases, bolsas

Ladrillos, madera, etc.

1.1.1 Residuos Sólidos Urbanos (RSU)

Los residuos sólidos urbanos, son los generados por las actividades desarrolladas en los

núcleos urbanos, es decir en los domicilios particulares, comercios, oficinas y servicios.

En los residuos urbanos se distinguen:

Residuos domiciliarios, originados en los domicilios particulares como resultado de las

actividades domésticas. Se incluyen aquí algunos de gran tamaño, como muebles,

electrodomésticos;

Residuos comerciales y de servicios, generados en oficinas, centros de enseñanza y que

son semejantes a los residuos domésticos;

Residuos producidos por la limpieza de calles, zonas verdes y mercados;

Residuos de construcciones, demoliciones y obras de reparación en viviendas

(escombros).



La composición de los Residuos Sólidos Urbanos es heterogénea, ya que están constituidos

por materiales muy diversos que se agrupan, según su naturaleza, en inertes, fermentables,

combustibles, voluminosos, móviles, baterías, neumáticos, pilas, aceites.

Los efectos más comunes que provocan los RSU son los siguientes:

Riesgos para la salud, ya que si se acumulan de forma incontrolada, favorecen la

proliferación de roedores, moscas que son posibles portadoras de enfermedades;

Contaminación del suelo y de aguas superficiales o subterráneas, en estas últimas por

lixiviados, cuando el agua de lluvia arrastra sustancias contaminantes;

Contaminación del aire por combustiones, controladas o incontroladas;

Degradación del paisaje.

1.1.2. Residuos Sanitarios

Los residuos sanitarios son los generados por las actividades sanitarias en los hospitales,

clínicas, consultas de atención primaria, laboratorios de análisis y laboratorios farmacéuticos.

Se pueden clasificar en:

a) Residuos asimilables a los urbanos, producidos en los servicios de hospitales, como se

observa en la figura 1.1;

b) Residuos sanitarios asimilables a los residuos urbanos, producidos en actividades

sanitarias, pero de características iguales a residuos urbanos o domésticos. No implica

riesgo de contaminación biológica;

c) Residuos biosanitarios peligrosos, que poseen en su composición agentes infecciosos y,

por tanto, con capacidad potencial de contagio y toxicidad. Antes de ser recogidos por los

servicios municipales, es obligatorio someterlos a tratamientos de desinfección;

d) Residuos químico-sanitarios peligrosos, que contienen sustancias químicas con capacidad

de contaminación ambiental o humana. Son residuos tóxicos y peligrosos, por lo que es

necesario aplicar tratamientos para disminuir su peligrosidad.



Figura 1.1- Residuos Sanitarios.

La actividad Sanitaria en los hospitales y clínicas llegan a ser peligrosos para el ambiente e

incluso para las personas.

1.1.3.- Residuos Industriales

Los residuos industriales son materiales inertes o asimilables a residuos urbanos y

sustancias tóxicas, peligrosas o radiactivas, generados en la actividad industrial. Tanto los inertes

como los asimilables a urbanos presentan características y tratamientos similares a los

domésticos. Sin embargo, merecen especial atención los tóxicos, los peligrosos y los radiactivos.

Los residuos tóxicos y peligrosos (RTP) se definen como aquellos que contienen

determinadas sustancias o materias en cantidades que constituyen un riesgo tanto para la salud

humana como para los recursos naturales y el medio ambiente, como lo podemos ver en la fig.

1.2, el manejo excesivo de los Residuos Industriales puede representar un riesgo para la salud

humana así como para el medio ambiente.

El origen de los (RTP) se encuentra en los procesos industriales y en los efectos que

pueden ocasionar, destacan las alteraciones sobre la salud por ingestión o inhalación de estos

productos y los daños físicos por contacto del suelo y de aguas superficiales y subterráneas.



Figura 1.2- Residuos Industriales.

En su tratamiento se utilizan varios métodos, entre ellos:

Tratamientos químicos, que transforman las sustancias nocivas o tóxicas en otras menos

peligrosas;

Tratamientos fisicoquímicos, que separan o aíslan los productos peligrosos del resto;

Tratamientos térmicos, que utilizan elevadas temperaturas para la combustión,

gasificación y cristalización de los residuos peligrosos;

Aislamiento en depósitos de seguridad, es decir, vertederos localizados en terrenos

geológicos seguros y sometidos a un control sanitario.

De estos residuos se encargan empresas especializadas debido a la necesidad de un mayor

control, de los cuales el 70% son Residuos clínicos específicos y el 30% restante son Residuos

asimilables urbanos.

Figura 1.3- Control de Residuos Clínicos específicos

y asimilables urbanos.



La figura 1.3 muestra el porcentaje de control de los residuos clínicos específicos y los

asimilables urbanos. [1]

1.1.4.- Residuos Radiactivos

Se considera residuo radiactivo (RR) a todo material o producto de desecho que contiene

o esté contaminado con elementos radiactivos en concentraciones o niveles de actividad

superiores a los establecidos por las autoridades competentes y para los que no se prevé ningún

uso. Poseen la propiedad de emitir radiaciones ionizantes y pierden actividad de forma

progresiva con el paso del tiempo.

Hay una gran variedad de residuos radiactivos que se clasifican atendiendo a estos

factores:

El periodo de semidesintegración es el tiempo que tarda una masa de un isótopo en

reducirse a la mitad. Existen residuos radiactivos de vida corta, que pierden la mitad de

su actividad en menos de treinta años, y residuos radiactivos de vida larga, que tardan

más de treinta años en perder la mitad de su actividad;

La intensidad de su actividad, para la que se fijan unos límites máximos en cada

elemento. Existen residuos de alta actividad de vida larga que superan los límites fijados

y suelen ser los combustibles que se generan en las centrales nucleares.[1]

También existen residuos de baja y media intensidad de vida corta que no superan los límites

máximos y su origen es diverso. La toxicidad, elemento fundamental de clasificación refleja la

cantidad de radiaciones ionizantes que emiten los residuos y que disminuye con el tiempo. Las

fuentes de residuos radiactivos son: las centrales nucleares, la industria, los hospitales y la

investigación, que emplean isótopos radiactivos en sus actividades como se muestra en la figura

1.4.



Figura 1.4- Residuos Radiactivos.

1.1.5.- Residuos Agrícolas, Ganaderos y Forestales.

Son los que se generan por las actividades realizadas en los bosques (silvicultura),

entresaca, limpieza de los mismos. Los principales residuos son rama, hojas, cortezas, raíces.

Todos estos residuos son empleados como abonos debido a su elevado contenido en materia

orgánica.

Su control es necesario, con el fin de evitar los problemas de contaminación del suelo y

del agua, así como el riesgo de incendios. [1]

Los residuos agrícolas y ganaderos, también denominados agropecuarios, son los que se

originan como consecuencia de la agricultura y la ganadería, como se puede ver en la figura 1.5.

Existen también residuos peligrosos, principalmente los plaguicidas, los insecticidas, los restos

agrícolas. Son muy abundantes y están dispersos, por lo que son de difícil control y constituyen

una de las principales fuentes de contaminación del suelo y de aguas superficiales y subterráneas.

Figura 1.5- Residuos Forestales.



1.2 Métodos de Eliminación.

Los métodos de eliminación se aplican en el tratamiento de aquellos residuos que no son

reciclados ni transformados en otros productos. Los más importantes son los vertederos, la

incineración, el almacenamiento de residuos radiactivos y la supresión de residuos biosanitarios

peligrosos. [1]

La eliminación de residuos mediante vertido controlado es el método más utilizado. La

selección de un método u otro de eliminación se basa sobre todo en criterios económicos, lo que

refleja circunstancias locales. Se pueden encontrar vertederos controlados e incontrolados y

tiraderos a cielo abierto.

a) Vertido controlado

Es la manera más barata de eliminar residuos, pero depende de la existencia de

emplazamientos adecuados.

En general, la recolección y transporte de los residuos suponen el 75% del costo total del

proceso. Este método consiste en almacenar residuos en capas en lugares excavados. Son

instalaciones de eliminación destinadas al depósito de residuos, situados en lugares adecuados,

donde se depositan de forma ordenada los residuos y bajo condiciones seguras y supervisadas,

que evitan los problemas de contaminación de agua, aire y suelo. Se utilizan cada vez más en la

actualidad. Las características y factores que se tienen en cuenta para la instalación y buen

mantenimiento del vertedero son las siguientes [3]:

Condiciones geológicas y geomorfológicas del terreno: terreno impermeable o

impermeabilizado artificialmente para evitar contaminación de aguas subterráneas por

lixiviado, terreno en pendiente para recoger los lixiviados y transportarlos a balsas de

recolección;



Condiciones climatológicas: hay que elegir para su ubicación una zona donde existan

tasas de precipitación bajas y elevada evapotranspiración, para reducir así la producción

de lixiviados;

Instalar puntos de salida de los gases, que se producen como consecuencia de los

procesos de descomposición;

Recubrimiento con capas de tierra, donde sea posible el crecimiento de vegetación

autónoma para reducir el impacto al paisaje;

Accesos para el paso de vehículos, y un cercado que impida el paso de personas y

animales.

Tabla 1.2- Porcentaje de residuos que van a vertederos en diferentes países.

De acuerdo a la tabla 1.2 se consideran los porcentajes de residuos que van a vertederos

en los diferentes países incluyendo México. Al cabo del tiempo y finalizadas las actividades en el

vertedero por alcanzar el máximo de su capacidad, se procede a su clausura y sellado,

acondicionando la superficie mediante revegetación, reforestación y restauración del paisaje de

manera que se pueda dedicar a otros usos.

Porcentaje de residuos que van a vertederos en diferentes países

Italia 83%

Alemania 69%

Portugal 90%

Grecia 90%

Suiza 20%

Francia 45%

Gran Bretaña 89.3%

Holanda 43%

España 67%

Finlandia 80%

México 48.97%



b) Vertido incontrolado o tiraderos a cielo abierto.

El uso de vertederos, para depositar residuos sin ningún tipo de control en lugares muy

diversos y no alejados de las poblaciones, como se observa en la figura 1.6; ha sido el primero

de los métodos empleado por el ser humano para eliminar residuos, por ser simple y barato, pero

ocasiona graves problemas ambientales y de salud al carecer de los controles adecuados.

Figura 1.6- Vertido incontrolados o tiraderos a cielo abierto.

c) Incineración

Es un método de eliminación de residuos que se comenzó a utilizar a finales del siglo

XX. Consiste en un proceso de combustión térmica controlada, en la cual los materiales

combustibles se queman en un 90%; con lo cual se generan cenizas, dióxido de carbono y agua.

Si en las basuras existen plásticos que contengan PVC, además se producen contaminantes del

aire altamente tóxico. Con este mecanismo se consigue reducir el peso y volumen de las basuras

sólidas en poco tiempo y espacio. Además de generar calor y ser utilizado como fuente

energética, la incineración genera dióxido de carbono, óxidos de azufre y nitrógeno y otros

contaminantes gaseosos, cenizas volátiles y residuos sólidos sin quemar.

La emisión de cenizas volátiles y otras partículas se controla con filtros lavables y

precipitadores electrostáticos.



Se llevan a cabo los siguientes pasos en el proceso de incineración:

I. Recepción y preparación de los residuos;

II. Combustión en hornos rotatorios a temperaturas entre 900-1200ºC y extracción de

cenizas y escorias;

III. Depuración de los gases y emisión de los mismos a la atmósfera;

IV. Análisis y eliminación de escorias y cenizas. Los materiales incombustibles y los no

quemados, junto con las cenizas formadas por los residuos sólidos de la combustión, se

recogen, se analizan y se pueden emplear para relleno en construcción, o para

solidificarlos y enviarlos a vertederos inertes o a depósitos de seguridad, dependiendo de

su contenido y peligrosidad [4].

d) Elaboración de abonos.

La elaboración de abonos a partir de residuos sólidos consiste en la degradación de la

materia orgánica por microorganismos aeróbicos. Primero se clasifican los residuos para separar

materiales con alguna otra utilidad y los que no pueden ser degradados. El resto se entierra para

favorecer el proceso de descomposición. El humus resultante contiene de un 1 a un 3% de

nitrógeno, fósforo y potasio, según los materiales utilizados. Después de tres semanas, el

producto está preparado para mezclarlo con aditivos, empaquetarlo y venderlo; utilizándolo en

diferentes cultivos y recuperación de suelos [3].

e) Almacenamiento de residuos radiactivos.

Los residuos radiactivos no pueden ser eliminados mediante los mismos procesos

anteriormente descritos, por lo que para evitar su dispersión en el medio ambiente, es necesario

almacenarlos en lugares especiales, hasta que se elimine la radiactividad que portan [1]. En

México se llevo a cabo la creación de Centros de Manejo Integral o de Sitios de Disposición

Final, representan grandes beneficios para el medio ambiente, entre los cuales se pueden citar la

reducción de los costos del manejo de los residuos, de donde se facilita el cumplimiento de la

normatividad ambiental [3].



1.3. Recuperación de Recursos Energéticos

La transformación de los componentes de los residuos con el fin de obtener energía de

productos con otras aplicaciones es otra forma de aprovechamiento de desechos. A través de una

adecuada gestión de residuos, pueden ser convertidos en productos valiosos para el compostaje,

o para la generación de energía, tales como los procesos de digestión anaerobia y la incineración.

La digestión anaerobia es el proceso en el cual los microorganismos descomponen el material

biodegradable en la ausencia de oxígeno. La digestión anaeróbica restringir la emisión de gases

del vertedero a la atmósfera.

El compostaje, que consiste en la degradación bioquímica de la materia orgánica de los

residuos mediante la acción de microorganismos hasta formar un compuesto denominado

compost. El proceso puede realizarse de forma anaerobia (sin oxígeno) o de forma aerobia (con

oxígeno), siendo esta última la más empleada.

La degradación por vía aerobia consta de:

1. Etapa de latencia y crecimiento, en la que se inicia un crecimiento de los

microorganismos. Dura de dos a cuatro días;

2. Etapa termófila, durante la cual se desarrolla una gran actividad bacteriana a temperaturas

de 50 a 70ºC que permite eliminar gérmenes patógenos, larvas. Según el producto de

partida y las condiciones ambientales, esta fase puede durar entre una semana, en

procesos acelerados, y de unos dos meses en los procesos más lentos;

3. Etapa de maduración, en la que disminuye la actividad bacteriana y comienza la acción

de los hongos, que continúan el proceso de descomposición. En esta fase se fabrican

vitaminas y antibióticos, entre otros compuestos [4].

El compost terminado, también conocido como humus, es un material heterogéneo de

color negro o marrón oscuro cuyo contenido en N y C es relativamente bajo, pero que tiene otras

sustancias como P, Ca, Mg, y Fe y además posee propiedades herbicidas [2].



Su calidad como abono es baja, pero se emplea como sustituto de la turba para mejorar

las propiedades del suelo, ya que aumenta la capacidad del mismo para retener agua e incrementa

los procesos de nitrificación. Es posible recuperar energía de algunos procesos de eliminación de

residuos; en general se pueden hacer dos grupos: procesos de combustión y procesos de pirolisis.

Algunas incineradoras se aprovechan para generar vapor. En las paredes de la cámara de

combustión se colocan tubos de caldera; el agua que circula por los tubos absorbe el calor

generado por la combustión de los residuos y produce vapor. La pirolisis o destilación

destructiva es un proceso de descomposición química de residuos sólidos mediante calor en una

atmósfera con poco oxígeno.

Esto genera una corriente de gas compuesta por hidrógeno, metano, monóxido de carbono,

dióxido de carbono, ceniza inerte y otros gases, según las características orgánicas del material

pirolizado [2].

1.4. Reciclado

La práctica del reciclado de residuos sólidos es muy antigua. Los utensilios metálicos se

funden y remodelan desde tiempos prehistóricos. En la actualidad los materiales reciclables se

recuperan de muchas maneras, como el desfibrado, la separación magnética de metales,

separación de materiales ligeros y pesados, criba y lavado. Otro método de recuperación es la

reducción a pulpa. Los residuos se mezclan con agua y se convierten en una lechada pastosa al

pasarlos por un triturador [2].

Los trozos de metal y otros sólidos se extraen con dispositivos magnéticos y la pulpa se

introduce en una centrifugadora. Aquí se separan los materiales más pesados, como trozos de

cristal, y se envían a sistemas de reciclado; otros materiales más ligeros se mandan a plantas de

reciclado de papel y fibra, y el residuo restante se incinera o se deposita en un vertedero.

Las autoridades locales de muchos países piden a los consumidores que depositen

botellas, latas, papel y cartón en contenedores separados del resto de la basura.



Unos camiones especiales recogen los contenedores y envían estos materiales a las

instalaciones de reciclado, reduciendo el trabajo en incineradoras y los residuos en los vertederos

[4].

1.5. Residuos peligrosos

Algunas sustancias biológicas, los compuestos químicos tóxicos e inflamables y los

desechos químicos tóxicos son peligrosos para el ser humano, para la salud y para el medio

ambiente. Estas sustancias pueden ser gaseosas, líquidas, semisólidas o sólidas.

Este tipo de desechos no se elimina, sino que se almacena en grandes contenedores en

lugares adecuados para su almacenaje, casi siempre alejados de toda presencia humana y de

posibles afluentes, ríos o aguas submarinas, para evitar la filtración. Las sustancias radiactivas

son peligrosas porque una exposición prolongada a su radiación daña a los organismos vivos,

con la posibilidad de que se produzcan efectos adversos, como consecuencia de la exposición de

los seres vivos a las sustancias contenidas en los residuos peligrosos o agentes infecciosos que

los forman y porque las sustancias mantienen la radiactividad durante mucho tiempo.

Este tipo de residuos no se eliminan, se almacenan dentro de contenedores en lugares

protegidos. Se han estado almacenando en fosas marinas, pero este método no permite recuperar

lo depositado ni controlar el estado de los contenedores.

Otros métodos más adecuados son su almacenamiento en silos de hormigón o en

formaciones geológicas profundas, aunque ninguno es del todo fiable a largo plazo. Los rellenos

de desperdicios peligrosos protegidos y seguros son contados. Se construyen para recibir

materiales que no tienen ningún valor reciclado, son demasiado difíciles de degradar, están

demasiado contaminados con metales pesados u otros compuestos no inflamables para

incinerarlos, o son demasiado espesos para inyectar en pozos profundos. El acceso a estos sitios

está muy restringido y se monitorean constantemente.



Aunque sus diseños pueden variar, su propósito es generalmente el mismo: aislar los

materiales peligrosos entre sí y del área circundante, y contenerlos de manera permanente. Los

materiales tales como arcilla, bentonita y arenas estabilizadas con cemento han sido utilizados

como revestimiento para contener el material.

Sin embargo, los revestimientos de membranas plásticas flexibles se están usando cada

vez más porque las agencias reguladoras con frecuencia requieren recubrimiento de capas

múltiples para proteger el agua del suelo. Dado que sus contenidos tal vez nunca se

descompongan, los sitios de desperdicios peligrosos deben ser construidos, operados y

mantenidos con el mayor cuidado. La mayoría de estos rellenos son operados por firmas

particulares [4].

1. 6 Tratamiento de residuos peligrosos.

La generación de residuos sólidos peligrosos ha aumento progresivo debido a la

intensificación y diversificación de la actividad industrial. Sin embargo, a medida que ha crecido

la generación de este tipo de residuos, también se ha incrementado la legislación y el estudio de

los mismos alrededor del mundo, especialmente en países industrializados [5].

Para tratar residuos sólidos peligrosos y no peligrosos se pueden emplear, dependiendo de

su naturaleza, los procesos descritos en la Tabla 1.3:

La mala gestión o la ausencia de ella ha dado como resultado casos graves de

contaminación, que pone en riesgo a las personas y esto ha llevado a intensificar el trabajo de

gestión, cifras de producción e identificación de las fuentes generadoras para regular el problema

de residuos sólidos peligrosos en el mundo [3].



Tabla 1.3- Ventajas y desventajas para los posibles tratamientos de residuos

peligrosos.

TRATAMIENTO VENTAJAS DESVENTAJAS

Incineración

Reduce los residuos a una fracción

mínima.

Algunos residuos requieren de algún

combustible para completar la

incineración.

Pirolisis

Se obtienen productos muy reducidos.

La fracción gaseosa producida tiene un

elevado contenido calórico.

Está en investigación y desarrollo.

No elimina completamente los residuos.

Hidrogenación

Catalítica

Sirven para recuperar energía.

Se pueden producir hasta 300L de aceites

y combustibles ligeros de residuos.

En investigación y desarrollo.

Se produce entre 350° C y 450° C

presiones superiores a 300 atm.

Hidrólisis

Gran interés comercial

El costo del tratamiento es elevado, por la

producción de alcohol y otros

compuestos.

Se requiere infraestructura y equipos

complejos.

Neutralización

Trata ácidos y bases fuertes.

Requiere de químicos para llevar a cabo

el proceso de neutralización.

Solidificación

Reduce el riesgo de contacto entre los

residuos peligrosos y radiactivos con los

seres vivos.

Requiere la previa estabilización de los

residuos por otro tipo de métodos.

Se requiere de áreas aisladas y con los

aditamentos adecuados para la

disposición de los residuos.

Gasificación

Reduce el volumen de los residuos

sólidos. Recupera energía a partir de los

residuos generando un gas con altos

contenidos de H2 y CH4.

Genera un gas con altos contenidos de

CO.

Confinamiento

controlado

El espacio creado o artificial dentro de un

confinamiento controlado, apto para

recibir residuos peligrosos compatibles.

Se producen lixiviados; debe existir un

sistema de captación de estos.





2. TÉCNICAS DE REMEDIACIÓN BIOLÓGICAS

En este capítulo se describen los aspectos referentes a la conformación del

suelo; la manera en que se lleva a cabo su contaminación ya sean provenientes del

mismo suelo o del exterior; además de la descripción de los procesos naturales para

la eliminación de estos contaminantes.

Así como las estrategias de implementación del proceso de Biorremediación.

2.1 Conformación del Suelo.

Para iniciar el estudio sobre las Técnicas de Remediación del Suelo es preciso entender en un

inicio de que está conformado; es decir, sus elementos esenciales. Al hablar de este tipo de

elementos se puede referir a aquellos que necesitan de la vegetación para vivir. Algunos de

manera notable (macro), otros en cantidades medias (medio) y finalmente otros en cantidades

pequeñas (micro). Aunque al final todos son indispensables en su conformación [6].

En la tabla 2.1 se citan los elementos esenciales del suelo:

Tabla 2.1- Elementos esenciales del suelo.

MACROELEMENTOS

MEDIOELEMENTOS

MICROELEMENTOS

MICROELEMENTOS

ESPECIALES

N (nitrógeno)

P (fósforo)

K (potasio)

Ca (calcio)

S (azufre)

Mg (magnesio)

Cu (cobre)

B (boro)

Mo (molibdeno)

Fe (fierro)

Mn (manganeso)

Zn (zinc)

Co (cobalto)

Se (selenio)

I (iodo)

Na (sodio)

Cl (cloro)

Si (silicio)



El suelo proviene de la roca madre que está compuesta por diversos minerales a distintas

proporciones. Aunque el origen del suelo siempre influye fuertemente en su contenido de

elementos, estos van a depender de muchos factores como el clima, el agua y la presión, que

influyen determinantemente en todo lo que ocurre con los elementos que componen el suelo. En

climas húmedos donde existen fuertes precipitaciones que dominan a la evaporación, existe una

lixiviación o lavado de minerales desde la superficie hacia el interior del suelo. Esto hace que en

esa superficie los coloides y las bases disminuyan.

La vegetación ejerce una acción contraria, es decir extrae del interior los elementos que

necesita y los lleva a la superficie. Un aspecto que afecta al suelo y lo contamina es la

acumulación de elementos en un espacio dado. Este efecto se puede dar de dos formas: por

procesos naturales y otro provocado por la acción del hombre. En el primer caso, por una parte

los elementos son transportados por el agua y en lugares de clima seco el agua del suelo asciende

y se puede acumular cal o material salino en la superficie. Por otra, se pueden depositar óxidos

de hierro, arcillas o humus en profundidad.

En las zonas con clima húmedo como ya se ha señalado, el lavado arrastra bases y existe

tendencia a la acidificación del suelo, por lo que es posible que existan acumulaciones de ciertos

elementos, sobre todo de microelementos. Las acumulaciones de elementos son más lentas para

los macroelementos y más rápidas para los microelementos por ser el margen mucho menor [7].

2.2 Contaminantes del suelo

El suelo es un medio receptivo por excelencia, puesto que interacciona con la litosfera, la

hidrosfera y la atmósfera, además recibe el impacto de los seres vivos que, de manera directa o

indirecta, pueden romper el equilibrio químico establecido en su seno. Es importante notar que

el suelo posee una capacidad de auto-depuración, en sus horizontes más contaminados, que le

permite asimilar una cierta cantidad de contaminantes. Los contaminantes edáficos o del suelo

pueden clasificarse en endógenos y exógenos.



Los endógenos son aquellos que provienen del mismo suelo, mientras que los exógenos son

aquellos que provienen del exterior. La presencia de un contaminante endógeno genera cuando

se produce un desequilibrio natural que conduce a la proliferación de un componente a niveles

nocivos para las especies vivas [8]. Uno de los rasgos característicos de la sociedad moderna es

su concentración progresiva en los centros urbanos, lo que conlleva al desarrollo de la industria

induciendo el aumento en la emisión de productos químicos al medio ambiente; se puede

mencionar la gran producción de materiales sintéticos que son difíciles de degradar los cuales

además de ello son tóxicos para el ambiente, y día a día ocasionan la contaminación de los

suelos, la cual radica en la presencia de sustancias (basura, fertilizantes, hidrocarburos,

pesticidas) [9].

Existen dos fuentes principales para estas emisiones: los productos químicos creados para

uso ambiental y el material residual. La sociedad con ayuda de la tecnología y con el fin de

mejorar su rendimiento, ha diseñado compuestos para tener una larga vida útil y no reaccionar

con los productos químicos ambientalmente más comunes. Dichos compuestos con estructuras

más estables resisten el ataque químico; estas mismas características evitan su degradación, por

lo tanto consiguen una mayor longevidad y un mantenimiento eficaz de la estructura,

características deseables, ya que son resistentes a las enzimas de la mayoría de los microbios

Los procesos de fabricación poco eficaces también han dado lugar a escapes accidentales de

productos y precursores tóxicos. Los materiales residuales emitidos directamente desde fuentes

industriales como las refinerías y los residuos de las regiones agrícolas, son causa de

contaminación de suelos y aguas de todo el mundo. Una estrategia para minimizar la

contaminación sería disminuir la reactividad y peligrosidad del contaminante y en forma

simultánea, reducir su vertido al medio ambiente. Dado que esto no siempre es posible de llevar

a cabo, se han desarrollado TÉCNICAS DE REMEDIACIÓN, que básicamente se logran

clasificar en:



In situ. El tratamiento se realiza en el lugar que se encuentra el residuo contaminante;

Ex situ. El tratamiento se realiza en un lugar diferente al lugar en que se encuentra el

residuo, dicho lugar no es una planta de tratamiento;

En planta. El tratamiento se realiza en una planta de tratamiento de residuos

especiales.

Las dos últimas alternativas son las más costosas, en términos económicos y ambientales.

Una única tecnología no siempre reúne las mejores condiciones para reducir todos los

contaminantes presentes en un sitio a remediar, por lo que se suele emplear una secuencia de

tecnologías. Si bien existen métodos físicos, químicos y biológicos para el tratamiento de

residuos, los dos primeros suelen ser más caros. Algunos de los procesos biológicos existentes

para el tratamiento de residuos orgánicos son:

Fermentación Biológica;

Lodos Activados;

Tratamientos Bacterianos.

Durante muchos años, el entierro en vertederos (relleno sanitario) de los residuos

peligrosos ha sido un proceso razonablemente rentable. Cabe aclarar que esta metodología no es

un método de remediación, pues simplemente traslada el problema de un lugar a otro. Sin

embargo, han surgido diferencias de pensamiento en la aplicación de estos métodos, dadas por

algunos desperfectos (hoy en día estos sistemas son más seguros) o por la falta de espacios

disponibles, agregándole a ello los altos costos producto del transporte y de la separación de

materiales tóxicos. La incineración es otra alternativa, aunque soluciona algunos problemas de

los vertederos, especialmente el almacenamiento, genera otros problemas, como el de emisión de

contaminantes al aire. Asimismo, al igual que en los vertederos, al costo específico de este tipo

de tratamiento hay que agregarle el de separación y transporte. Dichas condiciones, ayudan a

que se usen ciertos procesos de degradación; los procesos físicos de degradación se muestra en la

tabla 2.2:



Tabla 2.2- Procesos naturales de degradación.

METODOLOGÍA PRINCIPIOS TÉCNICA COMENTARIOS

Termal Destrucción y/o

evaporación del

contaminante

Incineración Excavaciones

necesarias; solo para

mantillos;

tratamiento de gases;

costoso

Extracción Remoción de

contaminantes en

solución

Torres de

percolación

Necesaria

excavación; solo

para mantillos;

disposición de lo

extraído; eficiencia

no conocida; muy

costoso;

Extracción de vapor Remoción de

volátiles

Tambores de

rotación; in situ

Solo volátiles;

potencialmente para

subsuelos;

tratamiento de

vapores

Extracción con aire caliente Remoción de

volátiles

Tambores de

rotación; in situ

Solo volátiles;

potencialmente para

subsuelos

Oxidación química Alteración por

remoción del

contaminante

In situ; cámaras de

reacción

No hay información

para HC

Control de agua subterránea Bombeado del

acuífero para

impedir el flujo

Bombeado con o sin

contenido físico;

remoción directa de

compuestos del agua

Prevenir la

migración de HC; no

remover compuestos

en zonas

insaturadas; muy

usado

Inundamiento Levantamiento de HC a la

superficie sobre la cima de

la napa freática

Riesgo de desprender

contaminantes; ineficiente

Adsorción Bombeado del agua

subterránea a través del

carbón activado.

Costoso; requiere

disposición de residuos;

eficiencia no conocida.

Extracción de detergentes En suelos excavados o in

situ mediante surfactantes

Costoso; eficiencia no

conocida.

Inmovilización Uniendo HC in situ Uniendo químicos;

solidificación de

suelos

Costoso; no muy

testeado; no

remueve los

contaminantes



Las técnicas de remediación se pueden agrupar en tres grandes categorías:

1. Inmovilización y confinamiento;

2. Movilización;

3. Destrucción.

La destrucción implica la eliminación del material contaminante empleando un tratamiento

biológico o uno no biológico. Los tipos de residuos que pueden ser destruidos son los orgánicos;

mientras que los inorgánicos no pueden ser destruidos, solo se puede cambiar su estado de

oxidación o de combinación con otras sustancias. Las técnicas de remediación biológicas

emplean procesos naturales para eliminar las sustancias químicas dañinas del medio ambiente y

abarcan dos métodos: la Biorremediación y la Fitorremediación.

2.3 Procesos Naturales para la eliminación de contaminantes.

La Biorremediación consiste en emplear microorganismos y manipular sus actividades

metabólicas, para eliminar los contaminantes o al menos convertirlos en especies

químicas menos agresivas, minimizando el compromiso ambiental y facilitando la

continuidad de los procesos biodegradativos responsables de la acción autodepurativa del

ambiente [7];

La Fitorremediación consiste en utilizar plantas, sistemas microbianos de las plantas,

enmiendas del suelo y técnicas agronómicas para contener, inmovilizar, remover,

estabilizar y/o degradar compuestos contaminantes del ambiente.

En ocasiones lo más rápido y rentable es utilizar una combinación de técnicas, para ello es

necesario evaluar la zona, incluyendo la hidrogeología, la composición del suelo, las

características de la población microbiana, el clima, las características del contaminante.



Dado que son muchos los sitios que requieren remediación a altos costos, la USEPA

(Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos) entre otros organismos internacionales,

está promoviendo métodos alternativos de limpieza, más rápidos, más efectivos, con mínima

agresividad al medio ambiente y al menor costo que las opciones tradicionales de remediación,

tales como excavación y disposición final en un relleno sanitario [7].

2.4 Actividad Microbiana.

Muchos contaminantes tienen estructuras similares a los compuestos naturales y es por

ello que son fácilmente degradados por los microorganismos del suelo y del agua. Los procesos

de degradación han sido tradicionalmente utilizados con aplicaciones ambientales [10].

Los microorganismos participantes son principalmente bacterias, y en menor medida,

hongos nativos (filamentosos y levaduras) y algas. Los microorganismos nativos son los

principales descomponedores del ecosistema, actividad que existió naturalmente en el ambiente

con anterioridad a la disposición de xenobióticos en él, tomando en cuenta que estos son

compuestos externos a un organismo vivo, generalmente a través de alteraciones metabólicas.

Muchos productos químicos xenobióticos son resistentes al ataque microbiano y/o son tóxicos

para los microorganismos.

Sin embargo, en zonas contaminadas con diversos compuestos xenobióticos se han

aislado algunos microorganismos que pueden degradar muchos de ellos con diversa facilidad y

velocidad, entre los que se encuentra cloruro de etileno, PCBs, gasolina y otros derivados del

petróleo, compuestos con 2 y 3 grupos nitro, incluyendo herbicidas nitrogenados y

trinitrotolueno, hidrocarburos policlorados, incluyendo: pentaclorofenol, tetracloroetileno,

dicloroetileno, cloruro de vinilo, tetracloroetano, creosota y fluoranteno [8]. Los

microorganismos son capaces de degradar una amplia variedad de sustratos orgánicos que

además se encuentran presentes en casi todas las superficies materiales.

http://lengua-y-literatura.glosario.net/terminos-filosoficos/organismo-5956.html

http://deportes.glosario.net/deportes-acuaticos/trav%E9s-2578.html



A los microorganismos que viven en el suelo y las aguas superficiales, subsuperficiales y

profundas (lugares donde es aplicable este tipo de tratamiento), les gusta comer ciertas sustancias

químicas dañinas como las que se encuentran en derrames de gasolina y petróleo. Cuando esta

digestión es total, estas sustancias químicas se convierten en agua y gases inofensivos como el

CO2.

Para que los microbios puedan eliminar las sustancias químicas dañinas, el suelo y las

aguas deben tener la temperatura, los nutrientes (fertilizantes) y la cantidad de oxígeno

apropiados. Esas condiciones permiten que los microbios crezcan y se multipliquen y que

consuman más sustancias químicas. Cuando las condiciones no son las adecuadas, los microbios

crecen muy despacio o mueren. Incluso pueden crear sustancias químicas más dañinas; para que

esto no ocurra, se deben controlar las condiciones del sitio.

Existen diversas opiniones en relación a si los microorganismos tienen límites en sus

capacidades digestivas o si son capaces de degradar cualquier compuesto que el hombre pueda

producir. Los microorganismos pueden degradar multitud de compuestos bajo condiciones

diferentes. Muchos compuestos sintéticos pueden también modificarse o transformarse mediante

el uso de una bacteria, hongo o de algún tipo de población microbiana trabajando en asociación.

Estos procesos varían desde la putrefacción de comida hasta la limpieza de derrames de petróleo

en las playas costeras [8].

2.5 Metabolismo microbiano (Biotransformación).

Debido a la actividad humana, se han vertido al ambiente grandes cantidades de residuos

orgánicos, ya sean de origen domiciliario y/o proveniente de la industria química.

Particularmente estos últimos presentan distinto grado de toxicidad según sea su complejidad

química o su unión con distintos metales. Gran parte de ellos, especialmente los relacionados



estructuralmente con compuestos naturales son degradados por los microorganismos del suelo y

del agua.

Algunos géneros bacterianos con capacidad hidrocarburolítica incluyen: Acinetobacter sp.,

Aeromonas sp., Arthrobacter parafineus, Desulfobacterium cetonicum, Enterobacteriaceae,

Nocardia, Rhodococcus, Pseudomonas [9].

Al conjunto de caminos metabólicos por medio de los cuales los tejidos incrementan la

polaridad de un tóxico se le denomina biotransformación. Se puede decir que la

biotransformación de un tóxico consiste fundamentalmente en convertir un xenobiótico no polar

en un compuesto soluble en agua. Este es el mecanismo más común que usan los organismos

para eliminar los tóxicos ambientales. Al igual que la absorción y distribución, dos procesos de

transferencia, la biotransformación también se lleva a cabo utilizando los mecanismos existentes

en los tejidos. Se usa la misma maquinaria bioquímica con la que se metabolizan los compuestos

endógenos de estructura química similar. En algunos casos, la biotransformación resulta en la

producción de un metabolito que es más tóxico que el compuesto original, al proceso se le

denomina bioactivación.

Si estos metabolitos se acumulan y vencen las defensas del organismo entonces pueden

producir un daño que se manifieste en una respuesta tóxica. El estudio de las reacciones que

constituyen la biotransformación es de gran importancia, porque permiten entender los

mecanismos por medio de los cuales los tejidos se defienden de los tóxicos que logran penetrar y

también cómo es que en algunas ocasiones sucede lo contrario y de hecho se incrementa la

toxicidad en el interior del cuerpo. Estas reacciones se agrupan en dos conjuntos a los cuales se

le denominan Biotransformación Fase I y Biotransformación Fase II.

La Fase I Biotransforma los xenobióticos conviertiéndolos en substratos de las enzimas

de la Fase II, al mismo tiempo que los hacen más hidrófilos;



La Fase II son reacciones de conjugación en las cuales un metabolito con enlaces de alta

energía sede un grupo funcional polar al xenobiótico, o su producto de transformación

por la Fase I.

En el ejemplo de la destoxificación del benceno, la oxidación a fenol es una reacción de

la Fase I y la sulfatación del fenol es una reacción de la Fase II. El metabolismo de los

hidrocarburos comienza con la oxidación del metilo sustituido en el C1, con la posterior

oxidación del ácido carboxílico aromático, formándose luego cadenas cortas de ácidos

carboxílicos, aldehídos [9].

2.6 Biotratamientos.

Los diferentes biotratamientos pueden ser agrupados básicamente en:

a) Biorremediación in situ.

Biorremediación natural.

Biorremediación con bioaumentación;

b) Tratamiento del terreno o Landfarming.

Biorreactores en suspensión;

Bioventeo.

a) BIORREMEDIACIÓN IN SITU.

Consiste en estimular la actividad de la población microbiana degradadora nativa del

suelo, por adición y manejo de nutrientes y oxígeno. Se aplica en suelo superficial, insaturado y

en agua subsuperficial. Puede ser efectiva para un amplio rango de hidrocarburos del petróleo.

Mientras hay algunas excepciones notables, los constituyentes más solubles en agua, de cadena

corta y bajo peso molecular, son degradados más rápidamente que aquellos compuestos de



cadena larga, alto peso molecular y menor solubilidad. La medida de su disponibilidad para ser

metabolizado (o cometabolizado) por bacterias degradadoras de hidrocarburos u otros

microorganismos las características químicas de un contaminantes pueden dictar su

biodegradabilidad.

La biodegradabilidad de compuestos orgánicos va a depende de su estructura química y

de sus propiedades químicas y físicas. Para ello se realiza el manejo de nutrientes minerales

(como el nitrógeno y fósforo), aceptores de electrones (habitualmente oxígeno), contenido de

humedad y sustratos primarios del suelo para subsidiar y mantener la actividad biológica [11].

Existen varios modos de biorremediación in situ: forma aeróbica, forma anóxica,

anaeróbica y cometabólica. La primera se ha demostrado que es la más eficiente para reducir

niveles de contaminantes alifáticos e hidrocarburos aromáticos del petróleo (benceno, naftaleno),

muy frecuentes en gasolinas. En el modo de tratamiento aeróbico, el agua subterránea es

oxigenada por uno de los siguientes métodos: dispersión directa de oxígeno, previo a la

reinyección o adición de peróxido de hidrógeno directamente en un pozo de inyección o en el

agua inyectada. Los modos anaeróbicos, aeróbicos, anóxicos y cometabólicos son a menudo

usados para la remediación de otros compuestos tales como solventes clorados, pero

generalmente son más lentos que los aeróbicos rompiendo los hidrocarburos del petróleo. La

distribución y disposición de la contaminación en la subsuperficie puede influenciar

significativamente la probabilidad de éxito de la biorremediación.

El excesivo calcio, magnesio o hierro en el agua subterránea puede reaccionar con el

fosfato, el cual es suministrado como un nutriente en la forma de tripolifosfato, o con el dióxido

de carbono (producido por los microorganismos en la respiración aeróbica). Los productos de

estas reacciones pueden afectar negativamente la operación de un sistema de biorremediación in

situ. Deben realizarse monitoreos periódicos para verificar la desaparición del contaminante y la

posible lixiviación de productos de degradación potencialmente tóxicos [9].



BIORREMEDIACIÓN NATURAL.

La biorremediación corre por cuenta de los microorganismos nativos presentes en el suelo y

agua, cuyo metabolismo es incentivado fundamentalmente por el aumento de la disponibilidad

del O2 y del sustrato orgánico (contaminante), incrementos que se logran con el laboreo

mecánico realizado en el suelo superficial [9].

También se la denomina bioestimulación y consiste básicamente en el manejo de las

condiciones ambientales de manera de controlar factores limitantes del crecimiento microbiano y

del metabolismo del contaminante en cuestión. Este proceso suele utilizarse para tratar

aeróbicamente, contaminantes presentes en la zona vadosa y en las márgenes de la pluma en

donde el oxígeno no constituye un factor limitante.

BIORREMEDIACIÓN CON BIOAUMENTACIÓN.

Esta biorremediación utiliza el suelo contaminado, trabajado periódicamente mediante

técnicas de laboreo y suplementado con agua y nutrientes, constituyendo un sistema aeróbico en

un lecho previamente acondicionado. Llevándose a cabo la siguiente reacción:

Hidrocarburo + Nutrientes + O2 biomasa + CO2 + H2O

El suelo así preparado se siembra con determinados microorganismos para incrementar la

velocidad natural de degradación de un contaminante. Estos microorganismos pueden ser nativos

o pueden ser de otra procedencia (con las capacidades metabólicas deseadas). En ambos casos

los microorganismos son multiplicados en laboratorio e inoculados luego en el suelo a tratar.

Para mejorar la aireación de la mezcla suelo- residuo se realizan tareas de laboreo (arado y

roturado). Para el que proceso sea efectivo, los microorganismos incorporados al ambiente

comprometido deben ser capaces de adaptarse a la matriz del suelo, sobrevivir, crecer,

multiplicarse y conservar sus capacidades metabólicas [9].



b) TRATAMIENTO DEL TERRENO O LANDFARMING.

Utilizada para el tratamiento de residuos oleosos y fangos aceitosos provenientes de

refinerías. La técnica consiste en dispersar el contaminante a biodegradar sobre la capa

superficial (15-20 cm) de un terreno destinado a tal fin. Las recomendaciones y limitaciones son

las mismas que las explicadas anteriormente en el método de biorremediación in situ. Se trabaja

con ésta técnica para todos los hidrocarburos del petróleo, siendo menos efectiva para petróleos

pesados (grandes tanques): <50.000 ppm de hidrocarburos y <2.500 ppm de metales pesados.

BIORREACTORES EN SUSPENSIÓN.

Consiste en biotransformar de manera controlada los compuestos refractarios, es de reciente

desarrollo. Por este método se incorpora el suelo a remediar en suspensión acuosa dentro de un

reactor cerrado, utilizando como inóculo una población microbiana caracterizada y de probada

actividad con el hidrocarburo o bien empleando un consorcio microbiano proveniente del sitio

contaminado. Un biorreactor es un depósito en el que se producen una serie de reacciones

biológicas llevadas a cabo por los microorganismos o enzimas que se encuentran dentro del

mismo. Las aguas residuales normalmente contienen algunos contaminantes que deben ser

separados o al menos reducidos en su concentración de una forma significativa, como se muestra

en la figura 2.1. Se tratan por este método:

− Materiales flotantes inmiscibles (aceites, sólidos flotantes);

− Sólidos en Suspensión;

− Materiales orgánicos no peligrosos solubles;

− Materiales peligrosos solubles;

− Materiales inorgánicos solubles (NH3, NO3-

, P);

− Materiales volátiles.



Figura 2.1 Biorestauración ex situ de agua y suelo [12]

Existen distintos tipos de biorreactores, la diferencia fundamental se basa en la presencia

o no de O2 dentro del mismo. Los reactores anaerobios son cerrados para impedir el ingreso de

O2 y la eliminación de olores (asociados a la fermentación anaerobia). Deben presentar un

sistema de ventilación o de recogida de gases. Los reactores aeróbicos poseen biomasa en

suspensión con un sistema de aireación o difusores que proporcionan O2 a microorganismos.

Mientras que la degradación aerobia se lleva a cabo con múltiples organismos que trabajan más o

menos en forma independiente y paralela, los organismos anaerobios viven en consorcios o

asociaciones. Esto provoca que los reactores anaerobios sean más propensos a los fallos. Dado

esto por sobrecarga hidráulica, orgánica o tóxica del reactor, aunque suelen tolerar mayor

velocidad de carga (no requieren un alto gasto de energía para la dispersión del aire) y generan

menor biomasa por unidad de residuos degradados.

Si bien este tratamiento permite tratamientos en tiempos reducidos con relación a los

tratamientos in situ, su principal desventaja es el alto costo en función de los pequeños

volúmenes que es posible tratar. En cuanto al diseño, se han diseñado distintos reactores, ya

sean con cultivos cerrados o continuos, conectados a secuencia a un sistema computarizado para

monitorear, controlar y mejorar la biooxidación de barros activados provenientes de plantas de



tratamiento de residuos municipales (empleándose la tasa de producción de CO2 como parámetro

para controlar la operación del biorreactor) [7].

BIOVENTEO

Consiste en la inyección de aire y oxígeno al suelo para estimular la biodegradación

aeróbica del contaminante. Es aplicable a contaminantes presentes en suelos subsuperficiales y

aguas subterráneas, ya sean hidrocarburos de petróleo, acetona, tolueno y naftaleno o mezclas de

hidrocarburos aromáticos polinucleares (PAH). En algunos casos el aire a presión se inyecta por

debajo de la tabla de agua y a medida que va llenando los poros desplaza el agua de la matriz del

suelo y con ella los contaminantes.

Debe tenerse en cuenta que la volatilización también contribuye a la desaparición del

contaminante. Los compuestos que presentan baja presión de vapor difícilmente se volatilicen

por lo que su desaparición se le atribuye a la biodegradación incentivada por el bioventeo. El

proceso de bioventeo estimula la actividad biológica in situ y promueve la biorremediación,

como se observa en la figura 2.2.

Figura 2.2 Proceso de Biorremediación in situ de agua y suelo [13]



Generalmente encuentra aplicado en la zona vadosa y es aplicado para aquellos químicos

que son biodegradados aeróbicamente; aunque en principio se ha utilizado para sitios

contaminados con petróleo. Es uno de los métodos considerado de mayor costo-beneficio para la

remediación de la zona vadosa. La mayor parte del residuo de hidrocarburos en el sitio

contaminado se encuentra en la zona vadosa del suelo, en el margen de capilaridad e

inmediatamente por debajo de la tabla de agua.

2.7 Biorremediación.

Se denomina biorremediación a la metodología que aprovecha e incentiva los procesos de

biodegradación naturales para transformar y degradar contaminantes orgánicos.

La biorremediación es una tecnología que utiliza el potencial metabólico de los

microorganismos (fundamentalmente bacterias, pero también hongos y levaduras) para

transformar contaminantes orgánicos en compuestos más simples poco o nada contaminantes por

tanto, se puede utilizar para limpiar terrenos o aguas contaminadas. Sería una biodegradación

asistida y controlada que provee una solución definitiva [10].

En base a lo mencionado en el capítulo anterior, que la Biorremediación es una tecnología

con mejores resultados en comparación con los procesos de degradación ya existentes antes

mencionadas, las cuales sólo proveen una solución temporal mediante el aislamiento y la

contención del contaminante. La Biorremediación tiene un amplio ámbito de aplicación,

pudiendo considerarse como objeto cada uno de los estados de la materia:

Sólido: con aplicaciones sobre medios contaminados como suelos o sedimentos, o bien

directamente en lodos, residuos;

Líquido: aguas superficiales y subterráneas, aguas residuales;

Gases: emisiones industriales, así como productos derivados del tratamiento de aguas

o suelos.



También se puede realizar una clasificación en función de los contaminantes con los que

se puede trabajar:

Hidrocarburos de todo tipo (alifáticos, aromáticos, BTEX, PAHs);

Hidrocarburos clorados (PCBs, TCE, PCE, pesticidas, herbicidas);

Compuestos nitroaromáticos (TNT);

Metales pesados: Estos no se metabolizan por los microorganismos de manera

apreciable, pero pueden ser inmovilizados o precipitados;

Otros contaminantes: Compuestos organofosforados, cianuros, fenoles.

Está mundialmente aceptado que la biorremediación es apta para los casos mencionados y

en el país existen varias plantas habilitadas para el tratamiento de residuos. Sin embargo, debido

a que es una metodología de reciente aplicación y a que su eficiencia depende de numerosos

factores de cuya interacción se conoce muy poco, debe reconocerse que a diferencia de otras

tecnologías, no existen procedimientos estandarizados para su aplicación, implementación,

seguimiento y cierre. Considerando, que toda contaminación con hidrocarburos se caracteriza

por la presencia de mezclas complejas de diferentes compuestos (algunos de los cuales son

fácilmente degradables, mientras que otros son recalcitrantes), la biorremediación presenta el

desafío de tener que diseñar estrategias que permitan no sólo hacer que la biodegradación sea el

proceso de eliminación predominante, sino también acelerar la biodegradación de los

compuestos más recalcitrantes. Para que la Biorremediación tenga la probabilidad de aplicación

y que sea una estrategia valida en la eliminación de hidrocarburos, se deben considerar los

parámetros que se mencionan en la figura 2.3. [1]



Figura 2.3- Parámetros implicados en la Biorremediación.

La Biorremediación al ser una tecnología con buenos resultados en comparación con

otros procesos de degradación, puede ser auxiliada de otros elementos como lo son las bacterias,

Lombricomposta, Ácidos Húmicos, Carbón Activado y Zeolita.

3. 1.1 Formación de Biopilas.

La técnica de biopilas es un tratamiento de biorrecuperación de tipo “ex situ”, consistente en

la reducción de la concentración de contaminantes derivados del petróleo en suelos excavados

mediante el uso de la biodegradación. La técnica consiste en la formación de pilas de material

biodegradable de dimensiones variables, para fines de la experimentación estas serán de 2m3,

estas formadas por suelo contaminado. Estas pilas son aireadas de forma activa, volteando la

pila, o bien de forma pasiva, mediante tubos perforados de aireación. En este caso las pilas son

solo volteadas cada tercer día.



Figura 2.4- Formación de las Biopilas, para fines de la experimentación de 2m3.

Entre los factores que influyen en la aplicación de las biopilas destacan:

– Los hidrocarburos deben ser no halogenuros y deben encontrarse en el suelo en

concentraciones menores a 50.000 ppm;

– Se requiere una superficie de trabajo relativamente grande cuyas dimensiones dependen del

volumen de suelo a tratar;

– Condiciones de humedad (40-85% de capacidad de campo), temperatura (10 y 45ºC), pH del

suelo adecuadas (6 y 8);

– La concentración de nutrientes en el suelo cuyo rango normal de C:N:P sea de 100:10:1;

– El tiempo de actuación puede ser alto (meses a años) [10].

2.7.2 Tratamiento con Bacterias.

En los ecosistemas terrestres, el suelo representa el medio físico que sustenta la visa de

diversas especies, tanto animales como vegetales. La materia orgánica e inorgánica del suelo da

cabida a la coexistencia de una gran cantidad de microorganismos que se adaptan a sus

características físicas y químicas aun cuando estas sean variables. Los microorganismos tiene

una gran importancia ecológica en los ecosistemas terrestres, pues cumplen la función de

descomponer sustancias orgánicas de desecho en sus componentes básicos, los cuales se

metabolizan junto con los nutrientes obtenidos del suelo, para generar nueva biomasa y llevar a

cabo sus funciones vitales.



Las bacterias son el grupo de organismos más abundantes en el suelo, miles de especies

han sido identificadas y probablemente habrá otras miles sin identificar. Para que esta técnica

tenga el éxito, deben existir microorganismos con las capacidades metabólicas apropiadas,

concentraciones adecuadas de oxígeno y nutrientes.

Debido a su diversidad, las bacterias se encuentran en comunidades heterogéneas, algunas

son degradadores primarios, esto es, inician la degradación de los compuestos orgánicos en los

suelos, y otras especies crecen en los compuestos resultantes de una primera degradación parcial.

El conocimiento de la diversidad microbiana es de gran importancia, tanto para evaluar el

impacto que supone una perturbación de estas características, como para determinar qué

poblaciones microbianas pueden estar implicadas en la biodegradación de los hidrocarburos.

Estructuralmente, las bacterias se caracterizan por tener una capa exterior poco organizada

compuesta principalmente por polisacáridos (capa mucilaginosa), una pared celular rígida, una

membrana celular que encapsula el citoplasma, y la región nuclear. Su tamaño, forma, capacidad

de movimiento y características metabólicas, determinan su clasificación.

En el suelo los géneros más comunes son: Pseudomonas, Arthrobacter, Achromobacter,

Micrococcus, Vibrio, Acinetobacter, Brevibacterium, Corynebacterium y Flavobacterium como

se muestra en las figuras 2.5, 2.6 y 2.7, que son las más comunes en el ecosistema terrestre de

estudio [9].

Figura 2.5- Bacteria Pseudomonas. Figura 2.6- Bacteria Brevibacterium.



Figura 2.7- Bacteria Flavobacterium.

Los actinomicetos son muy abundantes en los suelos, toleran un intervalo amplio de pH y

temperatura, y son capaces de crecer en condiciones muy limitadas de nutrientes y agua. Su

presencia favorece la degradación de fenoles, compuestos aromáticos, aromáticos clorados; su

estructura se muestra en la figura 2.8.

Figura 2.8- Estructura de los Actinomicetos.

Dentro de la técnica de Biorremediación de manera experimental fueron utilizadas las

bacterias, las cuales son nativas, esto se basa en la existencia de microorganismos cuyo

metabolismo es capaz de transformar los hidrocarburos, convirtiendo los componentes tóxicos y

mutagénicos del petróleo en productos no tóxicos, los cuales pueden integrarse en los ciclos

biogeoquímicos naturales [10].



2.7.3 Tratamiento con Lombricomposta.

Existen animales que actúan como agentes descontaminantes, ya que pueden desarrollarse

en medios con fuete toxicidad y poseen en su interior microorganismos capaces de retener

metales pesados; tal es el caso de la lombriz de tierra la cual absorbe los contaminantes a través

de los tejidos y los acumula en las vías digestivas. Producto resultante de la transformación

digestiva y metabólica de la materia orgánica, mediante la crianza sistemática de lombrices de

tierra, denominada lombricultura, que se utiliza fundamentalmente como mejorador, recuperador

o enmienda orgánica de suelos, abono orgánico, germinador, sustrato de crecimiento, entre otros

usos. La materia orgánica en este caso las cadenas de hidrocarburo se utiliza como alimento para

las lombrices. Tanto la materia orgánica como la membrana que la rodea, se encuentran

intensamente poblados por microorganismos benéficos y naturales del suelo, principalmente

bacterias y en menor cantidad por actinomicetes y hongos. Con esta presencia de

microorganismos, presentes en rangos de billones por gramo de material, aún fuera ya del

intestino de las lombrices, continua todavía la transformación orgánica bajo condiciones de

humedad y disponibilidad de nutrimentos al parecer inmejorables.

2.7.3.1 ¿Qué es lo que hace la Lombriz a los Residuos Biodegradables?

La presentación física, tamaño y estructura de las Lombrices resulta de suma importancia

y contribución a las cualidades positivas en su efecto en los suelos. Si pudiéramos observar con

un potente microscopio un turrículo o excreta individual, producto de la digestión, metabolismo

y por supuesto defecación de una lombriz, veríamos millones de minúsculos cilindros de materia

orgánica, de uno o dos milímetros de longitud, rodeados por una muy delgada capa gelatinosa, de

composición muco proteica, conocida como membrana peritrófica. Como se observa en la figura

3.15, el procedimiento de la materia orgánica que llevado a cabo por la Lombriz Composteadora.

Cuando el suelo pierde humedad, la capa gelatinosa en cuestión se convierte en una especie de

barniz natural que da cohesión y estabilidad estructural al material y permite también una mayor

resistencia contra la erosión; ésta película libera lentamente los nutrientes. Por esta razón su

aplicación tiene un efecto duradero y constante, sin que se pierdan o lixivien los nutrimentos.



Contribuye a mejorar la textura y estabilidad estructural de los suelos, ampliando su

capacidad quelante, de intercambio catiónico, su retención de humedad y la aireación dentro del

suelo.

Figura 2.9- Esquema General del Procesamiento de la materia Orgánica por la Lombriz

Composteadora, 1984

2.7.4 Adición de Ácidos Húmicos.

Los ácidos húmicos son una categoría general de sustancias orgánicas naturales,

biogénicas, heterogéneas caracterizadas generalmente por ser de color amarillo al negro, de alto

peso molecular. La naturaleza de los húmicos es de gran importancia cuando el objetivo es

desarrollar las tecnologías de la remediación el suelo.

Figura 2.10- Estructura del Acido Húmico.

Figura 2.11- Estructura del Acido Fúlvico.

1) Succiona la materia orgánica.

2) Tritura y muele partículas.

3) Mezcla los sustratos.

4) Modifica y adecua la acidez.

5) Inocula con microorganismos.

6) Promueve y multiplica

microorganismos.

7) Forma compuestos reguladores.

8) Homogeniza y peletiza.

9) Recubre con mucoproteinas.

10) Excreta abono orgánico



Los ácidos húmicos cuentan con un 50 a 80% de carbón orgánico del suelo, por agua

natural y por sedimentos. [5] Tal como sabemos, los ácidos húmicos, son útiles no porque

contengan mucho o poco de nitrógeno, fósforo ó potasio, sino porque son compuestos activos

que funcionan como verdaderos reguladores de los procesos bioquímicos de los suelos;

interactúan de manera repetida sin desactivarse, tanto con el suelo como con las plantas y además

regulan la liberación o absorción de otros nutrientes de por sí presentes en los suelos.

Los ácidos húmicos se derivan típicamente de la turba, en una escala industrial del

carbón. La turba es una mezcla heterogénea de más o menos material vegetal en descomposición

(humus) que se acumula en un ambiente de agua en ausencia de oxigeno.

Los húmicos interactúan con toda clase de ecosistemas incluyendo: metales pesados, petróleo e

hidrocarburo, pesticidas. Los húmicos pueden romper la resistencia de los factores no específicos

para que los organismos puedan sobrevivir. La figura 2.12 muestra la reactividad que poseen los

Ácidos Húmicos [11].

Figura 2.12- Reactividad de los Ácidos Húmicos.



Como resultado de la reactividad de los Ácidos húmicos, podemos decir que pueden

interactuar con toda clase de ecosistemas tóxicos en ambientes contaminados. Los húmicos son

conocidos por formar complejos estables con metales pesados para producir aducciones y

cambios en la transferencia de los complejos con compuestos orgánicos hidrofobicos, esto

mediante la reacción de reducción de los metales e hidrocarburos. A pesar de las funciones

protectoras de los húmicos en ambientes contaminados, la aplicación de los ácidos húmicos para

remediar hasta los límites permisibles.

Existen dos razones fundamentales que pueden decirnos si pueden o no usarse, la primera los

ácidos húmicos naturales poseen una reactividad especifica requerida para tratar ciertos

contaminantes. La segunda, los húmicos por definición son poli dispersos y heterogéneos, lo cual

permite una transferencia de propiedades por lo cual podemos decir que existe una gran

diferencia entre la fuentes naturales y las industriales. Ahora la estructura heterogénea necesita

ser reducida o controlada por la existencia de propiedades reactivas, esto puede facilitar el uso de

húmicos en la remediación. Las diversas formas físicas de los húmicos en cuanto a diseñado,

solubilidad, y si son sólidos, pueden asegurar el control sobre la interacción directa con los

contaminantes.

2.7.5 El Carbón Activado como medio.

El carbón activado es un derivado del carbón que ha sido tratado de manera de

convertirlo en un material extremadamente poroso como se observa en la figura 2.13 y por lo

tanto posee un área superficial muy alta que torna muy eficiente los fenómenos de adsorción o

las reacciones químicas.

Figura 2.13- Carbón Activado.

http://es.wikipedia.org/wiki/Carb%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Carb%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Adsorci%C3%B3n



Es un material que se caracteriza por poseer una cantidad muy grande de micro poros

(poros menores que 2 nanómetros). A causa de su alta micro porosidad, un solo gramo de carbón

activado posee un área superficial de aproximadamente unos 500 m². El carbón activado se

utiliza en la extracción de metales la purificación del agua (tanto para la potabilización a nivel

público como doméstico), en medicina, para el tratamiento de aguas residuales, clarificación de

jarabe de azúcar, purificación de glicerina, en máscaras antigás, en filtros de purificación y en

controladores de emisiones de automóviles, entre otros muchos usos.

El carbón activado puede tener un área superficial mayor de 500 m²/g, siendo fácilmente

alcanzables valores de 1000 m²/g. Algunos carbones activados pueden alcanzar valores

superiores a los 2500 m²/g. A modo de comparación, una cancha de tenis tiene cerca de 260 m².

Bajo un microscopio electrónico, la estructura del carbón activado se muestra con una gran

cantidad de recovecos y de grietas. A niveles más bajos se encuentran zonas donde hay pequeñas

superficies planas tipo grafito, separadas solamente por algunos nanómetros, formando

microporos. Estos microporos proporcionan las condiciones para que tenga lugar el proceso de

adsorción. La evaluación de la adsorción se hace generalmente mediante la adsorción nitrógeno

gaseoso a 77 K bajo alto vacío. El carbón activo saturado se puede regenerar mediante la

aplicación de calor [9].

2.7.6 La Zeolita como medio.

Los minerales del tipo zeolita han sido estudiados ampliamente desde hace años y

recientemente. En la actualidad existen identificadas un grupo de más de 40 zeolitas naturales, de

las cuales siete se han considerado como minerales de acuerdo a su pureza: mordenita,

clinoptilolita, ferrionita, chabacita, erionita, filipsita y analcima. Debido a sus propiedades, estos

materiales han sido empleados en aplicaciones catalíticas. Según algunos estudios, la

clinoptilolita es la más abundante en nuestro país en altitudes comprendidas entre 1,500 a 1540

m sobre el nivel del mar.

http://es.wikipedia.org/wiki/Nan%C3%B3metro

http://es.wikipedia.org/wiki/Metal

http://es.wikipedia.org/wiki/Agua

http://es.wikipedia.org/wiki/Medicina

http://es.wikipedia.org/wiki/Autom%C3%B3vil



Las zeolitas naturales son alumino-silicatos hidratados con estructuras porosas de metales

alcalinos pertenecientes al grupo I (Li+, Na

+, K

+, Rb

+, Cs

+) y tierras alcalinotérreas

correspondientes al grupo II (Mg+2

, Ca+2

, Sr+2

, Ba+2

).

Estos materiales exhiben estructuras cristalinas tridimensionales unidades repetidas de

tetrahedros de silicio-oxígeno [SiO4]4-

y aluminio-oxígeno [AlO4]5.

Estas características físicas y químicas han sido evaluadas en la industria química de

tratamiento de aguas, en catálisis y en el campo de la electro-catálisis para la degradación de

colorantes. Para tal efecto, electrodos de pasta de carbón (CPE) modificados con zeolita natural

(ZMCPE) han sido estudiados en el campo de sensores, electro-análisis y membranas para pilas

de combustible [12]. Propiedades como tamaño y forma de partícula, selectividad, capacidad de

intercambio iónico, estabilidad térmica y química, resistencia a condiciones extremas y bajo

costo, confiere a estos materiales un buen candidato para ser usados en electro-catálisis [8-9]. En

el presente reporte, zeolita natural inmersa en una matriz de pasta de carbón fue utilizada para la

electro-degradación del colorante Blue 69 en medio neutro. Con el fin de elucidar las

características y propiedades de estos materiales hacia dicha reacción de degradación, técnicas

físico-químicas fueron empleadas [6].

2.8 Ventajas y limitaciones.

El campo de aplicación de la Biorremediación es muy amplio, esto en cuanto a

compuestos orgánicos. Los tratamientos físicos y gran parte de los químicos están basados en

transferir la contaminación entre medios gaseoso, líquido y sólido, en la biorremediación se

transfiere poca contaminación de un medio a otro. Es una tecnología poco intrusiva en el medio

y generalmente no requiere componentes estructurales o mecánicos dignos de destacar.

Comparativamente, es económica, al tratarse de un proceso natural, suele tener aceptación

por parte de la opinión pública. La Biorremediación tiene también inconvenientes y limitaciones.

Por ejemplo, la biodegradación incompleta puede generar intermediarios metabólicos



inaceptables, con un poder contaminante similar o incluso superior al producto de partida. Por

otra parte, algunos compuestos son resistentes o inhiben la biorremediación. El tiempo requerido

para un tratamiento adecuado puede ser difícil de predecir y el seguimiento y control de la

velocidad y/o extensión del proceso es laborioso.

La aplicabilidad de esta técnica depende de varios factores [10]:

a) Propiedades del contaminante (biodegradabilidad). En general, los hidrocarburos

alifáticos se degradan rápidamente;

b) Las estructuras más ramificadas son más difíciles de degradar que las cadenas lineales, al

producir impedimentos estéricos. Las cadenas ramificadas de sulfonatos de alquilo o arilo

a menudo se degradan muy lentamente. Los dobles enlaces hacen la molécula más

resistente, así como un incremento del número de anillos bencénicos. Las sustituciones

químicas (ácidos dicarboxílicos, nitrilos, metilaciones, halogenaciones) también hacen la

molécula más resistente. Por otra parte, la biodegradación de compuestos que contienen

N ó S está ligada frecuentemente a su utilización como nutrientes:

Presencia de comunidades microbianas adecuadas, con capacidad enzimática para

metabolizar el compuesto. Los microorganismos pueden ser autóctonos (biorremediación

intrínseca o atenuación) o añadidos al sistema para mejorar la degradación

(bioaumentación);

Disponibilidad del contaminante. Es un factor crítico, más importante que la propia

presencia de comunidades microbianas. Para que la degradación de un contaminante

pueda producirse, es necesario que interaccione con la célula en medio acuoso.

Inicialmente lo hará con la parte exterior de su pared para posteriormente ser transportado al

interior de la misma. La forma más común de transporte es la complejación con enzimas

extracelulares producidos por los microorganismos.

Muchos contaminantes orgánicos, como los derivados del petróleo, PCBs, hidrocarburos

aromáticos policíclicos (naftaleno, pireno, fluoreno), solventes halogenados, etc., son



hidrofóbicos y tienden a adsorberse en el suelo, concretamente a la fracción orgánica (ácidos

húmicos, ácidos fúlvicos y humina);

Condiciones del medio contaminado: Propiedades que permiten o limitan el crecimiento

microbiano y el metabolismo del compuesto.

En ocasiones es necesario modificar las condiciones, por ejemplo, añadiendo nutrientes o

aireando (bioestimulación). Es evidente que no se puede llevar a cabo un análisis de los estudios

de biodegradación existentes sobre todos los compuestos potencialmente contaminantes [8].





III.- BIORREMEDIACIÓN DE SUELOS CONTAMINADOS CON

HIDROCARBUROS DEL PETRÓLEO.

En este capítulo se analiza la metodología para llevar a cabo la Biorremediación

del suelo impactado con hidrocarburos en un predio de la Ex Refinería 18 de

Marzo, localizado en la Zona Metropolitana del Valle de México. En particular se

seleccionó el material a remediar, se establecieron las pilas ex situ. Durante todo el

experimento se realizaron colectaron de datos de las diferentes variables,

empleando metodologías reportadas tanto en la Norma Oficial Mexicana, así como

en la literatura.

3. 1 Metodología de Biorremediación de suelos contaminados.

El objetivo de tener conocimiento de lo que es la Biorremediación, sus ventajas y desventajas;

conduce a cuestionar si este es el proceso más factible en lo que se refiere a eficiencia, tiempo y

sobre todo en inversión de recursos económicos.

Tomando como base la información de los estudios de caracterización y dictámenes previos,

para el predio de la Ex-Refinería 18 de Marzo, de donde se desprende que la contaminación fue

causada por los derrames y fugas de los productos derivados del petróleo, y que los

contaminantes principales son hidrocarburos, distribuidos horizontalmente en la atmósfera

subterránea. Todo el proceso se realizó como se plantea a continuación:

- Investigación y caracterización de la contaminación y su origen;

- Análisis y elección de las medidas biocorrectivas (Biorremediación);



- Diseño del sistema;

- Control y seguimiento;

- Análisis e interpretación de resultados.

Para efectuar el tratamiento de Biorremediación de suelo contaminado con hidrocarburo se

prepara suelo a remediar por medio de la Homogenización (Cribado), que consiste en lo

siguiente: el suelo de la pila origen es Cribado, se separa en material fino y grueso y piedra.

También se encuentra materiales tales como (ver fig. 3.1):

a) varilla;

b) tubería en diferentes tamaños;

c) trozos de madera.

Figura 3.1 Cribado de material.

Figura 3.2- Transporte de material y formación

de biopila.

El suelo cribado es transportado por medio de maquinaria al lugar donde se realizará la

biorremediación ex situ, en pilas como se muestra en la fig. 3.2. El material posee un tamaño de

partícula de 3-5 mm de diámetro y homogéneamente mezclado.



3. 1.1 Materiales empleados en el proceso de Biorremediación.

En esta investigación se evaluó la técnica de Biorremediación ex situ, a través de un diseño

de 9 unidades experimentales (Biopilas) como se muestra en la tabla 3.1 y en las figuras 3.3, 3.4,

3.5, 3.6, 3.7, 3.8 y 3.9; que contenían suelo contaminado con hidrocarburos del petróleo. En

todos los casos se agregaron fosfato diamónico (3 kg), urea (1 kg) como nutrientes y bacterias en

cantidad de 2 litros, previamente seleccionadas para realizar este tipo de trabajo. La cantidad de

suelo a remediar fue de 2 m3 (2278kg) y para los experimentos del 1 al 8 la concentración inicial

fue de 2002 mg/kg y para el número 9 de 375 mg/kg.

Tabla 3.1- Formación de las Unidades Experimentales “Biopilas”.

Número de

Biopila.

Volumen

suelo (m3)

Cantidad

(Kg)

Suelo Contaminado +

Materiales

Nutrientes

Co (mg/Kg)

1 2 2,278.00 Control DAP Urea Bacterias 2002

2 2 2,278.00 Ácidos Húmicos DAP Urea Bacterias 2002

3 2 2,278.00 Lombricomposta DAP Urea Bacterias 2002

4 2 2,278.00 Lombricomposta DAP Urea Bacterias 2002

5 2 2,278.00 Zeolita Nueva DAP Urea Bacterias A.H 2002

6 2 2,278.00 Carbón Act. Agotado DAP Urea Bacterias A.H 2002

7 2 2,278.00 Carbón Act. Nuevo DAP Urea Bacterias 2002

8 2 2,278.00 Composta +Zeolita

Nueva + Carbón Agotado

DAP Urea Bacterias 2002

9 2 2,278.00 Carbón + Zeolita Agotado

+ Composta

DAP Urea Bacterias A.H 375

Las cantidades de nutrientes y los materiales que se utilizaron fueron calculados en base a

bibliografía, estos ayudan a degradar los contaminantes C:N:P:K (100:10:1:1); esta proporción es

usada empíricamente; como se muestra en la tabla 3.2. En las pilas 5 y 8 se agregó 240kg de

zeolita natural mexicana (ZNM) y 160 kg correspondientemente. El carbón activado nuevo (CA)

se agregó a la pila N°7 en cantidad de 600 kg.



En tanto que el carbón activado agotado se adicionó a las pilas 6 (320 kg) y 8 (160 kg). El

CA y la ZNM agotados se mezclaron en la pila 9 en cantidad de 360 kg de cada uno.

Tabla 3.2- Cantidad de Nutrientes y Materiales utilizados.

Número

de

Biopila.

Ac. Húmicos

(Litros al

12%)

Lombricomposta

(Kg)

Urea

(Kg)

DAP

(Kg)

AGUA

(Litros)

Carbón

Activado

(CA)

(Kg)

Zeolita

(ZNM)

(Kg)

1 - - 3 1 - - -

2 2 - 3 1 9 - -

3 - 200 3 1 - - -

4 - 200 3 1 - - -

5 - - 3 1 - - 240

(nueva)

6

2

-

3

1

9

320

(agotado)

-

7 - - 3 1 - 600

(nuevo)

-

8

-

300

3 1 - 160

(agotado)

160

(nueva)

9

-

250

3

1

-

360

(agotado)

360

(agotado)

Figura 3.3- Unidades

Experimentales (Biopilas)



Figura 3.4- Biopila CONTROL, tratada con Figura 3.5- Biopila tratada

Fosfato Diamónico -DAP y Urea. con Lombricomposta.

.

Figura 3.6- Biopila tratada con Carbón Figura 3.7 Biopila tratada

Activado. con Zeolita.

Figura 3.8- Biopila tratada con Ácidos Húmicos. Figura 3.9- Biopila formada

y tratada de Zeolita y Carbón

Activado Agotado.



Se utilizaron ácidos húmicos en las biopilas N° 2 y 6 en cantidad de 2 litros diluidos en 9

litros de agua para conocer su influencia en el proceso de eliminación de hidrocarburos. Los

ácidos húmicos empleados se obtienen a partir de lombricomposta con una concentración de 10

al 12% peso. Su peso molecular es de 50,000 – 100,000 g/gmol. En la figura 3.10 se muestra el

diagrama del espectro de infrarrojo característico de estos materiales, los cuales muestran bandas

específicas de los grupos OH en la región de 3800 a 4000 cm-1.

Figura 3.10- Espectro de Infrarrojo del Ácidos Húmicos.

Se utilizo Zeolita Natural Mexicana procedente de los yacimientos de Tehuacán, Puebla,

[14] previamente triturada y tamizada a un tamaño de partícula de 1.7 - 4.0 mm, sin otro

tratamiento previo. Además posee propiedades especificas debido a su estructura cristalina (figs.

3.11, 3.12 y 3.13). Simultáneamente se adicionaron los nutrientes y este material zeolitico.

El patrón de infrarrojo se muestra la pila de la figura 3.14; posee una superficie específica de

40 m2/g. Para conocer el efecto de un material cristalino poroso en el proceso de

biotransformación de hidrocarburos se agregaron 240 Kg/2278 kg de suelo contaminado N° 5

(figura 3.16).



5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

C=Clinoptilolita

H=Heulandita

E=Erionita

M=Mordenita

Q=Cuarzo

F=Feldespato

Inte

nsi

da

d (

a.

u.)

Ángulo 2-teta ( O )

E

C

Q

H

M

E

QM

FM

EEMQ

HC

HM

EC

M

CH

H

CH

CH

CH

CH

HF

EM

HF

Figura 3.11- Difractograma de la zeolita natural.

Figura 3.12- Micrografía MEB de la zeolita natural de Catano-Etla, Oaxaca

Figura 3.13- Imágenes TEM a) magnificación a 200 nm b) magnificación a 50 nm (c) Patrón de

difracción en la región oscura.

( c ) ( a ) ( b )



Figura 3.14- Espectro de Infrarrojo de la muestra de zeolita natural.

Para conocer la influencia del Carbón Activado en la Biorremediación se utilizo en

cantidad de 600 Kg/2278 Kg de suelo (figura 3.17). Presenta características físico químicas

especiales: superficie especifica de 400 m2/g y tamaño de partícula de 1.3 mm (fig. 3.15). Con la

finalidad de aprovechar sus propiedades se mezclo en la pila N° 7, como se muestra en la figura

3.16 y 3.17

Fig. 3.15- a) Micrografía de Carbón Activado tipo CA2 con el catalizador metálico a 5000 X b)

Micrografía de Carbón Activado tipo CA con el catalizador metálico a 5000 X c) Micrografía de

Carbón Activado tipo CA4 con el catalizador metálico a 5000 X.

2500 2000 1500 1000 500

0

10

20

30

40

50

60

796730

678

608

4571069

1215

% T

ran

sm

ita

ncia

Longitud de onda [cm-1]

1643

518

Fig.

a

Fig. b Fig. a Fig. c



Figura 3.16- Muestra de Zeolita. Figura 3.17- Muestra de Carbón Activado.

Por otro lado se preparó una biopila con material contaminado, nutrientes, ZNM (160

Kg), Carbón activado agotado (160 Kg) y lombricomposta (300 Kg), con un contenido de

humedad de 45% y una colonia de bacteriana, típica de este tipo de materiales, esto para conocer

el efecto de este tipo de compuestos. (fig. 3.18).

Figura 3.18- Lombricomposta +ZNA+Cact.act.agotado.

La pila que se formó de materiales agotados ZNM y CA, procedentes del proceso de

Biorremediación de aguas subterráneas contaminadas con los mismos hidrocarburos. Se

adicionaron nutrientes y ácidos húmicos (fig. 3.19).

Figura 3.19- Zeolita y Carbón activado agotado.



En general, se requerirá la existencia de determinadas poblaciones de microorganismos

capaces de utilizar los hidrocarburos como fuente nutricional y de energía.

A cada una de las Biopilas a los 15 días de iniciado el proceso se le agregó 1 litro de agua con

un contenido de Bacterias pseudomonas, las cuales realizan un trabajo selectivo en la

transformación de hidrocarburos presentes en las fases ligera y media.

3.2 Procedimiento de toma demuestra.

Durante todo el tiempo de proceso se realizaron toma de muestra en cada una de las pilas

cada tercer día, bajo el siguiente procedimiento: se obtienen de cada pila 0.5 kg en diferentes

puntos de la pila, se homogenizan y procede a obtener la lectura de cada una de la variables a

medir durante a medir fueron:

a) pH;

b) Temperatura;

c) % de humedad;

d) Concentración de hidrocarburos.

Todo el proceso se realizó en un tiempo de 53 días, siguiendo el cronograma previamente

establecido como se muestra en la tabla:



Tabla 3.3.- Cronograma de actividades durante el proceso de Biorremediación de suelo

contaminado con hidrocarburos.

En la tabla 3.4 se muestran los resultados del pH medida durante todo el tiempo que duró

el proceso, para las nueve pilas del experimento. Su comportamiento se da en la fig. 3.20. La

temperatura a la cual se realizó el proceso se tomaron los datos durante todo el tiempo y los

resultados se dan en la tabla 3.5 y la representación gráfica de estos valores se pueden observar

en la fig. 3.21.

De gran importancia fue conocer la humedad presente durante el experimento ya que es un

medio importante para los microorganismos presentes (Tabla 3.6 y fig. 3.22)

Cronograma de Actividades

Movimiento Toma de Parámetros (pH,

C.C, temperatura)

Análisis con la Técnica

PetroFlag

Adición de Agua y

Bacterias. de suelo

15 de Enero 18 de Enero 08 de Febrero 20 de Enero 15 de Febrero adición

de A.H. 19 de Enero 20 de Enero 11 de Febrero 28 de Enero

25 de Enero 15 de Enero 15 de Febrero 08 de Febrero 27 de Enero adición de

Bacterias. 1 de Febrero 27 de Enero 24 de Febrero 25 de Febrero

8 de Febrero 01 de Febrero 1 de Marzo 09 de Marzo

15 de Febrero 03 de Febrero 3 de Marzo 17 de Marzo



Tabla 3.4 Parámetros medidos durante el proceso de remediación de Suelo Contaminado

(pH).

Variación del pH en función del tiempo.

Pila Tiempo (días).

3 5 10 12 20 22 27 30 34 44 51 54

1 6.6 6.4 6.75 6.9 6.8 6.1 5.9 5.7 6.7 5.5 5.3 5.6

2 6.8 6.4 6.6 6.7 6.8 6.8 6.15 5.9 6.7 5.7 5.2 6

3 6 6 6.3 6.6 6.8 6.8 5.9 6.15 7 5.9 5.5 5.8

4 6.5 6.4 5.9 6.1 6.4 7 5.6 5.8 6.7 6.1 5.65 6

5 6.2 7 5.9 6.9 6.8 7 5.8 5.75 6.7 5.75 5.4 5.6

6 6.3 5 5.65 6.3 5.1 4 4.8 5.4 5.9 6 6 5.4

7 5.9 6.8 6.3 6.3 6.3 4 4.4 6.3 5.7 5.7 5.9 5.8

8 5.5 6 6.3 5.5 6.1 5.2 5.8 6.2 5.8 5.45 5.7 5.4

9 4.5 4.4 3.75 3.75 4.2 3 4.2 4.1 5.3 4.6 5.6 5.2

Figura 3.20- Comportamiento del pH a través del muestreo realizado durante el proceso.



Tabla 3.5- Parámetros medidos durante el proceso de remediación de Suelo Contaminado

(Temperatura ºC).

Variación de la temperatura de los contaminantes en función del tiempo.


3 5 10 12 20 22 27 30 34 44 51 54

1 18.5 28 25 21.5 18 14 15.5 18 16.5 18 19.5 17.5

2 20.5 20 20 20.5 16.5 15 15.25 19.25 16 16.5 19 19.5

3 16 18 21 21.5 16 15 14.5 16.25 17.5 19.5 19 18

4 16.5 22 19 20.5 17.5 16 14.5 22 16.5 17.75 20 19.5

5 17.5 24 22.5 23.5 15.5 15 17.5 19 17 16.5 20.5 20

6 19 19 21 23 15.5 15 17 18 18 17 20 20.5

7 18.5 23 20.5 21 15 15 15.5 17.75 17 18.5 20.5 19.5

8 18.5 28 18.5 21.5 16.5 16 17 20 18.5 18 22.5 21.5

9 18 20 21 21.5 16 15 17 19.5 16 16.5 20 20

Figura 3.21- Comportamiento de la Temperatura a través del muestreo realizado durante

el proceso.



Tabla 3.6- Parámetros medidos durante el proceso de remediación de Suelo Contaminado

(Humedad (%)).

Figura 3.22 Comportamiento del porcentaje de Humedad a través del muestreo realizado

durante el proceso.

Variación del porcentaje de Humedad en función del tiempo.


3 5 10 12 20 22 27 30 34 44 51 54

1 85 60 55 45 88 100 100 85 67.5 97.5 85 50

2 97.5 82 60 55 76 85 97.5 100 100 100 100 50

3 100 98 72.5 80 66 100 100 100 87.5 100 82.5 60

4 94 92 82.5 92.5 100 100 100 100 75 100 100 50

5 56 60 60 50 45 75 100 100 55 100 100 98

6 100 60 62.5 45 80 100 100 85 87.5 100 95 100

7 100 80 55 60 75 100 100 90 82.5 100 100 75

8 100 55 50 95 86 100 100 85 80 96 92.5 65

9 100 82 100 100 100 100 100 100 85 100 100 90



3.3 Aireación del proceso.

A lo largo del proceso se realizo la aireación por medio del movimiento de tierra

empleando para tal fin maquinas conocidas como excavadora hidráulica (fig. 3.23).

Procedimiento diferente a otras técnicas de remediación de suelos contaminados.

Figura 3.23- Aireación de Biopilas con maquina.

3.4 Procedimiento de muestreo

De cada unidad de experimentación se tomaron dos muestras, las cuales se mezclaron

para asegurar que la muestra sea homogénea, esto para llevar efectuar el análisis de control

interno denominado PetroFlag, donde se va degradando la concentración de hidrocarburos

presente en cada una de las pilas. De la misma manera extraen muestras para su análisis

mediante técnicas de cromatografía de gases y cuenta en placa para conocer la evolución del

proceso de biodegradación. Este procedimiento lo realiza laboratorio certificado ante la entidad

mexicana de acreditación (EMA). Este muestreo se realiza en las etapas inicial y final de la

experimentación.

El procedimiento de muestreo es en función de la forma geométrica de la Biopila, se lleva

a cabo por medio de corte perpendicular respecto al plano del nivel suelo y otro de corte

horizontal en referencia a la mitad de la altura de la Biopila formada como se muestra en la

figura 3.24. La pila queda dividida en cuatro secciones que es de donde se toma la muestra.



Figura 3.24- Procedimiento de muestreo en biopila.

La perforación para la toma de muestra se realiza con equipo Hand-Anger, el cual una

vez alcanzada la profundidad requerida se cambia por el tubo de extracción de muestra en lainer,

los cuales se tapan y se sellan con papel parafilm, se coloca la etiqueta correspondiente y se

introduce en una bolsa, esto para conservarlas en refrigeración. Posteriormente todo el equipo se

lava con agua desionizada, jabón bajo en fosfatos, papel absorbente y alcohol isopropílico.

3.5 Análisis preliminar por la técnica de petroflag.

Para tener una base de datos referentes a las pilas a tratar, se realizo el muestreo de la

concentración de hidrocarburo en el suelo impactado, este se realizo conforme al plan de

muestreo establecido en la NOM-138-SEMARNAT/SS-2003 [15], empleando el equipo

PetroFlag; con este se determinan hidrocarburos totales de fracción ligera y fracción media en

mg/Kg, el error del equipo es de ± 10% de error. Esta técnica se emplea para conocer de una

manera rápida la evolución del proceso, ya que cuantifica el total de hidrocarburo presente en las

unidades experimentales. Todo el procedimiento se encuentra representado en la fig. 3.25.

1

2

3 4



Figura 3.25- Diagrama de Bloques para manejar el equipo de Petroflag.



El análisis se lleva a cabo de la siguiente manera como se muestra en la fig. 3.26:

Figura 3.26- Muestras y equipo para llevar a cabo

el análisis PetroFlag.

1. Preparar tubos de ensayo (tubos con capacidad de 50ml) y viales (viales de vidrio) con

capacidad de 6 ml, el cual contiene un líquido transparente aprox. 3ml; marcando

claramente cada uno con su identificación;

2. Pesar 10 gramos (± 0.1 gramo) de cada muestra en tubos de ensayo;

3. Agregar un vial de solvente de extracción (extraction solvent) al primer tubo de ensayo,

como se ve en la figura 3.27;

4. Iniciar 4 minutos en el cronometro, tiempo de agitación de cada muestra con solvente.

Dejar reposar por 1 minuto;

5. Transferir el contenido de solvente en fase libre del tubo de ensayo a la jeringa, evitando

que entre suelo a la jeringa por que puede tapar los filtros;

Figura 3.27- Adición de solvente a la muestra

que se va a analizar.



6. Agregar el solvente a la solución (vial de 6 ml) en forma de goteo;

7. Insertar el vial en el equipo PetroFlag y apretar “READ/ON”, como se puede observar en la

figura 3.28 [16].

Figura 3.28- Lectura con equipo PetroFlag.

Tabla 3.7- Resultados de las determinaciones de fracción media, realizadas con equipo PetroFlag

y por el laboratorio acreditado, concentraciones en mg/Kg.

Variación de la concentración de los contaminantes en función del tiempo.

Biopila

Tiempo (días)

Intertek PetroFlag PetroFlag PetroFlag PetroFlag Intertek

0 8 16 33 45 53

Control 2002 1760 1450 1245 1100 910

Ácidos Húmicos 2002 1800 1417 1050 880 500

Lombricomposta 2002 1656 1567 1150 997 542.9

Lombricomposta 2002 1618 1300 1000 942 667.84

Carbón.act.agotado 2002 1680 1250 1240 1000 785.78

Carbón.act.nuevo 2002 1619 1376 1080 1100 800

ZNM 2002 1820 1275 1260 960 744.8

Lombricomposta+ZNA+

Cact.act.agotado

2002 2118 1800 1500 1030 726.3



3.6 Análisis mediante la técnica de cromatografía de gases utilizando el Detector

de Ionización de Flama (FID).

Mediante el análisis que se le realiza a las muestras de suelo contaminado se pueden

cuantificar los Hidrocarburos de Fracción Ligera, Fracción Media e incluso Cuenta en Placa.

-Hidrocarburos de Fracción Ligera: Mezcla de Hidrocarburos cuyas moléculas contengan

cadenas lineales entre 5 y 10 átomos de carbono (C5 y C10).

-Hidrocarburos de Fracción Media: Mezcla de Hidrocarburos cuyas moléculas contengan

cadenas lineales entre 10 y 28 átomos de carbono (C10 y C28). El análisis se realiza con el

muestreador asignado y las muestras fueron analizadas en un laboratorio acreditado, para

obtener resultados conforme a la NOM-138-SEMARNAT/SS-2003, en su apartado 9.2.1

evaluación de conformidad, recomienda el análisis final mediante un laboratorio de acreditado

ante la Entidad Mexicana de Acreditación (EMA).

Para cumplir con la NOM 138 el laboratorio de INTERTEK realizo el análisis inicial y

final de las unidades de experimentación, mediante cromatografía de gases. Para obtener la

Fracción Ligera se emplea la cromatografía de gases, utilizando un detector de ionización de

flama (FID) figura 3.29, para el análisis de hidrocarburos ofrece un rango lineal de cuantificación

muy amplio.

Figura 3.29- Equipo Detector de Ionización de Flama (FID).



El detector FID produce una señal constante a compuestos con enlaces carbono-hidrogeno

y carbono-carbono, disminuyendo ésta con enlaces a átomos de halógenos, oxigeno y nitrógeno.

El helio es el gas acarreador utilizado para el análisis.

La parte final de la columna está colocada de forma que los compuestos eluídos sean

ionizados en la flama inmediatamente. Los iones son dirigidos a lo largo de un campo cargado

produciendo una corriente eléctrica.

Finalmente la señal es amplificada y registrada con el tiempo de retención de estándares

certificados y analizados en condiciones cromatografías idénticas. (Estándares de Verificación).

En el caso de la obtención de Fracción Media, se lleve a cabo el análisis mediante la técnica de

Cromatografía, se debe prepara la muestra para el análisis; es necesario extraer previamente los

hidrocarburos que están presentes en la muestra de suelo homogeneizada y cribada mediante la

siguiente técnica:

Sonicación: Una muestra de suelo homogeneizada y cribada se mezcla con sulfato de

sodio anhidro para eliminar el agua contenida. Se somete a sonicación en presencia de un

disolvente orgánico de una a 3 veces, según el contenido de hidrocarburo. El disolvente puede

ser una mezcla de acetona/hexano (1:1), cloruro de metileno/acetona (1:1) o cualquiera de los

disolventes mencionados antes individualmente [17].

En cuanto al manejo de las muestras al ingresar al laboratorio y hasta antes de la

extracción, ya sea Fracción Ligera o Fracción Media, se realiza lo siguiente (Figura 3.30):



Figura 3.30- Diagrama de Bloques para llevar a cabo la extracción de muestra para

análisis en cromatógrafo.



Los extractos orgánicos se concentran con un concentrador kuderna Danish a un volumen

final entre 1 y 10 ml. Se cuenta con soluciones patrón para llevar a cabo la calibración de

hidrocarburos fracción media (en metanol), como se muestra en la tabla 3.8:

Tabla 3.8- Solución Patrón de calibración de Hidrocarburo F.M (metanol).

Una vez que se tiene la muestra en el vial esta se mete al cromatografo, en donde se llevan

a cabo las secuencias, que son listas de las muestras ya extraídas y que van a ser inyectadas; en

caso de que la muestra este muy contaminada se realiza una dilución se debe considerar que se

debe tener siempre como volumen de muestra 1 mL.

El resultado que se va a obtener es un cromatograma, el cual nos indica el tiempo de

retención y la señal, es decir lo que se detecta de la muestra. Esta señal pasa a un programa

llamado Online, en el cual se puede instrumentar el aparato; indicando la velocidad con la que se

lleva a cabo el análisis. Inmediatamente después pasa a Offline en donde se va a cuantificar la

señal. Se obtienen cromatogramas en los cuales además de aparecer el estándar y el surrogado

en una concentración de recuperación del 85 al 130%, aparecen los hidrocarburos que tiene la

muestra analizada.

Solución Patrón de calibración de Hidrocarburo

F.M (metanol).

Compuesto Concentración mg/L

Decano 2,000

Dodecano 2,000

Tetradecano 2,000

Hexadecano 2,000

Octadecano 2,000

Eicosano 2,000

Docosano 2,000

Tetracosano 2,000

Hexacosano 2,000

Octacosano 2,000

Total 20,000



Tabla 3.9- Resultados de las determinaciones de fracción media, realizados por el laboratorio

acreditado INTERTEK concentraciones en mg/Kg.

El proceso de Biorremediación se lleva a cabo mediante un crecimiento bacteriano, tanto

de las bacterias autóctonas como de las que se agregaron durante el proceso, las que existen en

los ácidos húmicos y en la lombricomposta.

El conteo en placa se realiza mediante la metodología SM 9215b, para saber la cantidad

de microorganismos autóctonos presentes; encontrando al inicio del proceso 1.00E+09 UFC/g

(Unidades formadas de colonias/gramos) y 4.10E+05 UFC/g al final de este; por lo que se puede

decir que hubo una disminución evidente de estos microorganismos.

Este análisis realizado a las unidades de experimentación arrojo los resultados que se muestran

en la tabla 3.10.

Tabla 3.10- Resultados de cuenta total en placa.

Pilas Resultado Inicial Resultado Final

1 1.00E+09 4.10E+05

2 6.00E+08 4.60E+05

3 1.20E+09 8.80E+04

4 9.00E+09 3.50E+05

Concentraciones Reportadas

Pilas

Intertek

Inicial

Intertek

Final

Control 2002 910

Ácidos Húmicos 2002 500

Lombricomposta 2002 542.9

Lombricomposta 2002 667.84

Carbón.act.agotado 2002 785.78

Carbón.act.nuevo 2002 800

ZNM 2002 744.8

Lombricomposta+ZNA+

Cact.act.agotado

2002 726.3





4.- DISCUSIÓN DE RESULTADOS.

En este capítulo se proporcionan los resultados obtenidos en los análisis, así como los

alcances y recomendaciones para los cuales se realizó la investigación y en la experimentación,

esto es posible mediante un análisis integral de la Técnica de Biorremediación.

Se llevaron a cabo diferentes experimentos para remediar suelos impactados por

hidrocarburos del petróleo, de las diferentes fases. Se emplearon diferentes bacterias activas de

diferentes cepas. Emplean diferentes sustancias como donante primario de electrones (Rittmann

B. y Saez P. 1977). Además la finalidad es la de conocer el uso de sustrato primario, porque este

es capaz de crecer y competir con las diferentes cepas. Por lo que se planteo la necesidad de

conocer el funcionamiento de las colonias en suelos contaminados incluso en materiales

previamente contaminados en otro proceso de eliminación de hidrocarburos.

En este proceso el nitrógeno y el fósforo y otros minerales son necesarios para la

incorporación a la biomasa. En ocasiones las concentraciones de nitrógeno y fósforo disponibles,

a menudo, limitan la velocidad de degradación microbiana; un ejemplo claro, son las

concentraciones de estos compuestos en el agua de mar, limitando la velocidad de degradación

de los hidrocarburos de los derrames (Atlas y Bartha, 1972; Bartha y Atlas, 1973;

Floodgate,1973, 1979; Gunkel, 1967; Leahy y Colwell, 1990). Por lo que el petróleo se degrada

lentamente debido a las limitaciones impuestas por las concentraciones relativamente bajas de

nitrógeno y fósforo disponible en agua de mar. De modo semejante a lo que sucede en este

medio, la disponibilidad de estos elementos, también puede limitar la biodegradación de

hidrocarburos dentro del ambiente terrestre (Dibble y Bartha, 1979a; Bossert y Bartha, 1984;

Bartha 1986).



En base a lo anterior se realizaron diferentes experimentos con la finalidad de conocer la

influencia de los diferentes medios que ayudan, probablemente al proceso de biodegradación de

hidrocarburos de la diferentes fases procedentes de la actividad petrolera que se desarrolló por

espacio de 50 años, en el predio de lo que fue la refinería 18 de Marzo de la Zona Metropolitana

del Valle de México.

Se conoce que concentraciones de hidrocarburos que excedan el 10% peso,

definitivamente son inhibitorias para la biodegradación. Este límite se traduce en 10 000 l de

hidrocarburos por hectárea, normalmente con un volumen de fangos que es entre 3 y 4 veces

mayor (Dibble y Bartha, 1979ª).

4.1 Discusión de los resultados de las concentraciones de la fase ligera y la fase media a

través del tiempo.

La NOM-138-SEMARNAT/SS-2003 recomienda el análisis final, mediante un

laboratorio acreditado ante la Entidad Mexicana de Acreditación (EMA). Es una unidad de

verificación que realiza análisis para conocer las concentraciones de los compuestos

hidrocarbonados cercana a la realidad mediante técnicas de precisión, que puede ser:

cromatografía gaseosa o cromatografía gaseosa acoplada a un espectrómetro de masas.

Esta misma entidad lleva a cabo el procedimiento de toma de muestra como se específica

en el capítulo III. La fracción ligera puede ser analizada en:

FRACCIÓN LIGERA

Petróleo

crudo

Gasavión

Gasolvente Gasolinas

Gasnafta



De acuerdo a los resultados obtenidos en las pruebas de cromatografía gaseosa, se

encontraron los resultados que se muestran en la tabla 4.1:

Tabla 4.1- Variación de las concentraciones de Fracción Ligera.

Variación de la concentración de los contaminantes Fracción Ligera

(mg/kg)

Pila Resultado Inicial Resultado Final

1 200.799 10.939

3 252.498 10.863

5 283.973 13.237

7 335.299 114.068

En la figura 4.1, se muestra el cromatograma obtenido para la fracción ligera, donde se puede

observar la cantidad de hidrocarburos presentes que van desde C5 hasta C10 [30]. Todas las

concentraciones se calculan en referencia al patrón utilizado ver el capítulo anterior.

La concentración de los hidrocarburos de las diferentes fases cambian a lo largo del proceso

sufriendo transformación en materia y energía [26]:

Degradación aerobia:

Sustrato + O2 biomasa + CO2 + H2O

Degradación anaerobia:

Sustrato + (NO3-, SO42-, Fe3+, Mn4+, CO2) Biomasa + CO2 + (N2, Mn2+, S2+, Fe2+, CH4)

De los resultados obtenidos se observa que los hidrocarburos que forman la fracción

ligera sufren una transformación lenta [26], durante los 53 días del tratamiento. Probablemente

se deba a que tanto las bacterias nativas como las agregadas sean selectivas a los hidrocarburos

presentes en la fase media (ver fig. 4.3). Esto puede ser porque los materiales que se

adicionaron a las biopilas son selectivos; selectivos a la fracción media considerando que los

microorganismos se alimentan de cosas tangibles como lo es el hidrocarburo y no los gases; en

contraste, algunos de estos gases los más ligeros salieron por acción mecánica al llevar a cabo su

movimiento periódico de cada una de las pilas (figura 4.1). Al final del proceso solamente se

encontró el 50% de los hidrocarburos ligeros (figura 4.2).



Figura 4.1- Cromatograma inicial de la Fracción Ligera.

Figura 4.2- Cromatograma final de la Fracción Ligera.



Los límites máximos permisibles de la fracción media (NOM-138-SEMARNAT) se dan

en la tabla 4.2., donde se indica el suelo en función de la utilización del suelo.

Tabla 4.2- Límites máximos permisibles de las concentraciones de Fracción Media

Concentración

Fracción Media

(mg/Kg) base seca

Agrícola 1,200

Residencial 1200

Industrial 5000

Dentro de la fracción media se encuentran los hidrocarburos que compones diferentes

productos procedentes del petróleo:

Gasóleo;

Turbosina;

Diesel;

Keroseno;

Creosota.

En La fig. 4.3 se puede observar la concentración de los diferentes hidrocarburos

presentes en esta fracción, que va desde C10 hasta C28. Dentro de las muestras analizadas se han

encontrado compuestos tales como:

Decano;

Dodecano;

Hexadecano;

Eicosano.



Figura 4.3- Cromatograma de la concentración de los diferentes hidrocarburos

presentes en la fracción media.

Los resultados muestran como la concentración de los diferentes hidrocarburos va

cambiando a largo del tiempo. Los tiempos de retención de las concentraciones inicial y final no

sufren modificación, obteniéndose de esta manera resultados confiables.



b)

a)

Figura 4.4- Comparación de cromatogramas de Fracción Media: a) inicial de fracción

media; b) final de fracción media.



Algunos compuestos no sufren prácticamente alteración. Es decir que las baterías

empleadas para la biorremediación son selectivas a hidrocarburos de la fracción media. Los

hidrocarburos no degradados no lixivian con facilidad hacia las aguas subterráneas desde de la

zona de tratamiento [25] y parce ser que el impacto será mínimo en las zonas gestionadas [27].

Lo anterior demuestra que la biodegradación de hidrocarburos del petróleo (HP) por las

poblaciones microbianas nativas, representan uno de los principales mecanismos por el cual el

petróleo y sus derivados pueden disminuir su presencia en el ambiente, teniendo identificados los

principales factores para el suelo: fisicoquímicos y biológicos (pH, Humedad, nutrientes, tamaño

de la partícula y homogeneidad, conductividad hidráulica, densidades del suelo, color, textura,

sólidos suspendidos volátiles, capacidad de campo, contenido de materia orgánica y la densidad

de microorganismos en el suelo, UFC/g).

La contaminación de acuíferos con HP es un problema ambiental de grandes

proporciones que ha permitido el desarrollo de diversas tecnologías (Hunkeler et al, 1998). En

acuíferos contaminados con HP las poblaciones de microrganismos nativas que pueden

mineralizar los HP son comúnmente utilizadas (Atlas et al, 1972, Cassidy et al, 1997, Hunkeler

et al, 1998, Jackson, 1994, Suthersan, 1997).

La ventaja competitiva del proceso radica en la rapidez de la reacción con los compuestos

lo cual facilita la remediación, acelera la limpieza del sitio y puede remover compuestos

remanentes. Se ha impulsado la aplicación del peróxido de hidrógeno cuya descomposición de

productos son agua, oxígeno y productos no tóxicos y la formación de radicales de hidróxilo, el

cual es el oxidante más potente conocido. Se ha estudiado que la cinética de transformación se

rige por la reacción de primer orden (Crittenden, et al, 1999, Suthersan, 1997, Jenkins y

Snoeyink, 1997, Siegrist, 2000). Para la adsorción del diesel en suelo los datos han presentado un

mejor ajuste con el modelo de Freundlich (Bedient et al, 1994, Iturbe y Silva, 1992). En este

estudio, el objetivo fue obtener la evolución de la mineralización de la mezcla de diesel en

condiciones aerobias por medio de un suelo de agrícola con suministro de oxigeno (H2O2) con

adición de nitrógeno a escala de laboratorio por medio de reactores batch, la determinación de la



cinética y ecuación de oxidación del diesel por H2O2 y la determinación de su capacidad máxima

de adsorción, así como el coeficiente de distribución de diesel en el suelo agrícola utilizado. Se

determinaron los modelos cinéticos de degradación biológica de primer orden de acuerdo con la

ecuación de Michaelis-Menten (Cassidy et al, 1997, Jackson, 1990, 1992 y 1994, Márquez-

Rocha et al, 2001, Yang et al, 2000). Se propuso el uso del H2O2 por su fácil manejo,

almacenamiento, económico y por tener la capacidad de disolverse siete veces mas que el O2 en

el agua (Pardieck et al, 1992) [30]. Al tratar los resultados de las diferentes pilas se encontró

que siguen la cinética de biodegradación de primer orden, semejante al encontrado para la

biotransformación del diesel en sistemas aerobios (Jackson, 1994, Suthersan, 1997) [30]. Las

curvas cinéticas para cada uno de los casos se dan en la figura 4.4 (a, b, c, d, e f, g y h), donde se

grafica C/Co en función del tiempo. A pesar de de la complejidad del muestreo y de la

interpretación de los datos, debido a la alta variabilidad en la distribución de las concentraciones

de las diferentes fases, fue posible llegar a resultados que indican que la biodegradación de

hidrocarburos del petróleo. Lo anterior significa que existe una fuerte influencia de los pesos de

los residuos y de la química de los componentes. La transformación de las diferentes fases fue

significativamente mayor, cuando se agrega, además de los nutrientes, ácidos húmicos

procedentes de la lombricomposta (pila b), compuestos que contienen microorganismos que con

su metabolismo y las condiciones ambientales ayudan a aumentar la velocidad con la que se

degrada los hidrocarburos contaminantes. Los resultados cinéticos para cada uno de los

experimentos se dan en la tabla 4.3.

Tabla 4.3- Relación de C/Co en función del tiempo y de los diferentes materiales

agregados durante el proceso.

Relación C/Co en función del tiempo(días)

Biopila 0 8 16 33 45 53

Control 1 0.879 0.7243 0.6219 0.5495 0.4545

Ácidos húmicos 1 0.899 0.7078 0.5245 0.4396 0.2498

Lombricomposta 1 0.827 0.7827 0.5744 0.4980 0.2712

Lombricomposta 1 0.808 0.6494 0.4995 0.4705 0.3336

ZNM 1 0.839 0.6244 0.6194 0.4995 0.3925

Carbón.act.nuevo 1 0.809 0.6873 0.5395 0.5495 0.3996

Carbón.act.agotado 1 0.909 0.6369 0.6294 0.4795 0.3720

Nutrientes+ZNA+

Cact.act.agotado

1

1.058 0.8991 0.7493 0.5145 0.3628



C/Co control vs Tiempo

Serie 1

f(x)=-0.0095630165*x+0.94704459; R²=0.9576

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

C/Co

Tiempo

C/Co ácidos húmicos vs Tiempo

Serie 1

f(x)=-0.013444502*x+0.97731631; R²=0.9784

10 20 30 40 50 60 70

0.2

0.4

0.6

0.8

1

C/Co

Tiempo a) b)

C/Co lombricomposta vs Tiempo

Serie 1

f(x)=-0.012200551*x+0.9701809; R²=0.9672

10 20 30 40 50 60 70 80

0.2

0.4

0.6

0.8

1

C/Co

Tiempo

C/Co lombricomposta vs Tiempo

Serie 1

f(x)=-0.011205241*x+0.91280205; R²=0.9237

10 20 30 40 50 60 70 80

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

C/Co

Tiempo c) d)



C/Co C.actv. agotado vs Tiempo

Serie 1

f(x)=-0.0099933001*x+0.91482692; R²=0.8931

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

C/Co

Tiempo

C/Co c. activ. nvo. vs Tiempo

Serie 1

f(x)=-0.0098459019*x+0.91101913; R²=0.9053

10 20 30 40 50 60 70 80 90

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

C/Co

Tiempo e) f)

C/Co ZNM vs Tiempo

Serie 1

f(x)=-0.010976699*x+0.94856473; R²=0.9121

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

C/Co

Tiempo

C/Co mezcla vs Tiempo

Serie 1

f(x)=-0.012708256*x+1.0866299; R²=0.9478

10 20 30 40 50 60 70 80 90

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

C/Co

Tiempo

g) h)

Figura 4.5- Curvas cinéticas de biodegradación de las fases contaminantes presentes en las

unidades de experimentación, con los diferentes agregados: a) Control; b) Ácidos Húmicos; c)

Lombricomposta; d) Lombricomposta II; e) Carbón act. Agotado; f) Carbón act. Nuevo; g)

Zeolita y h) Nuetrientes+c.act.+ZNM



4.2 Demostración de la biorremediación de suelos impactados con hidrocarburos

del petróleo.

Se debe combinar el enfoque tradicional proveniente del campo de la ingeniería con un

planteamiento más ecológico, que reconozca desde el comienzo que la naturaleza es heterogénea

y que se apoye en los principios que rigen el comportamiento de las diferentes poblaciones

bacterianas.

Este estudio se oriento a la remediación de suelos impactados con hidrocarburo fracción

ligera y fracción media, las unidades de experimentación o biopilas se formaron sobre suelo

pavimentado y se les adiciono nutrientes que ayudan a degradar los contaminantes C:N:P:K

(100:10:1:1). Cuando es necesario se adiciona agua para mantener la humedad entre un 50-80%.

En base a lo anterior se plantea la necesidad de conocer el funcionamiento de los

diferentes agregados al medio, esto mediante el aporte de nutrientes los cuales entran en contacto

con el área impregnada por el contaminante en este caso por el hidrocarburo y se añadió oxígeno

mediante aireación.

Al final del tratamiento de Biorremediación en las 9 unidades de experimentación, se

lograron porcentajes de remoción de fracción media y ligera de aproximadamente de un 75%,

alcanzando concentraciones finales de 500 ppm, de manera que se logro demostrar que la adición

de los nutrientes optimiza el proceso de degradación de hidrocarburos en suelos.

La efectividad de la técnica de Biorremediación se determino por medio de la toma de

parámetros de evaluación adecuados, que deben examinarse dentro de un intervalo óptimo para

que la aplicación de dicha técnica sea factible y efectiva.



Tabla 4.4- Constantes de la velocidad de degradación en el proceso de

biotransformación de hidrocarburos.

Se planteó la ecuación y la gráfica para determinar las constantes de la velocidad de

degradación en el proceso de biotransformación de hidrocarburos [30]. Donde K(d-1)

corresponde a la pendiente de la recta obtenida al gráficar los valores de C/Co, en la abscisa y

tiempo en la ordenada [30].

Ayudan a realizar el trabajo de degradación los microorganismos nativos y los agregados

como las bacterias, llevando a estos elementos a su degradación o trasformación. Este

comportamiento se observa en las curvas de biodegradación de las diferentes fases

contaminantes presentes. La eficiencia de degradación con respecto al tiempo, se muestra se

muestra en la tabla 4.5 (fig 4.6). La mayor velocidad se logra cuando han transcurrido

aproximadamente el 60% de los días del proceso de biorremediación (tabla 4.5).

Tabla 4.5- Resultados de eficiencia en el proceso de con respecto al tiempo y cada uno de los

agregados.

Eficiencia

Tiempo (días) 3 8 16 33 45 53

Control 12.0879121 27.572428 27.572428 37.812188 45.05494505 54.5454545

Ácidos Húmicos 10.08991 29.220779 29.220779 47.552448 56.04395604 75.024975

Lombricomposta 17.282717 21.728272 21.728272 42.557443 50.1998002 72.8821179

Lombricomposta 19.180819 35.064935 35.064935 50.04995 52.94705295 66.6413586

Carbón.act.agotado 16.083916 37.562438 37.562438 38.061938 50.04995005 60.7502498

Carbón.act.nuevo 19.130869 31.268731 31.268731 46.053946 45.05494505 60.03996

ZNM 9.0909091 36.313686 36.313686 37.062937 52.04795205 62.7972028

Lombricomposta+ZNA+

Cact.act.agotado

0

10.08991

10.08991

25.074925

48.55144855 63.7212787

Material K (d-1)

Control 0.0095

Ácidos húmicos 0.013

Lombricomposta 0.012

Lombricomposta 0.011

ZNM 0.0109

Carbón activado agotado 0.0099

Carbón activado nuevo 0.0098

Mezcla

(nutrientes+ZNA+C.act.agotado)

0.012



Eficiencia pila control

3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54

20

40

60

80

100

120

140

160

180

%Eficiencia

Tiempo

Eficiencia pila Ácidos Húmicos

-3 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57

20

40

60

80

100

% Eficiencia

Tiempo a) b)

Eficiencia pila Lombricomposta 2

3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54

20

40

60

80

100

%Eficiencia

Tiempo

Eficiencia pila Carbón act. agotado

3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

Tiempo

% Eficiencia

c) d)



Eficiencia pila Zeolita NM

3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54

20

40

60

80

100

%Eficiencia

Tiempo

Eficiencia pila Carbón act. nuevo

3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57

20

40

60

80

100

%Eficiencia

Tiempo

e) f)

Eficiencia pila Lombricomposta+ZNA-Cact.act.agotado

-3 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57

20

40

60

80

100

%Eficiencia

Tiempo

Eficiencia pila Lombricomposta

3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57

20

40

60

80

100

120

%Eficiencia

Tiempo g) h)

Figura 4.6- Eficiencia con respecto al tiempo, en el proceso de Biorremediación de

hidrocarburos contaminantes, en las unidades de experimentación, con los diferentes agregados:

a) control; b) Ácidos Húmicos; c) Lombricomposta II; d) Carbón act. Agotado; e) Zeolita; f)

Carbón act. Nuevo; g) Nuetrientes+c.act.+ZNM y h) Lombricomposta



Al final, del experimento se demostró que los ácidos húmicos son sustancias con un gran

peso molecular y su composición varía según la procedencia, si se encuentran presentes, tienen

una gran capacidad de intercambio cationico y anionico acumulando nitratos, fosfatos y sulfatos

que serán empleados por los microorganismos presentes, inactivando los contaminantes en el

suelo.[30]

De igual se muestra que los factores de control para estimular las actividades

biodegradadoras mediante estimulación fueron: las concentraciones de nutrientes, nitrógeno,

fosforo, la concentración de oxigeno molecular y los niveles de humedad.



Conclusiones y recomendaciones.

Al emplear el método biológico permite cumplir con la normatividad ambiental vigente,

ya que permite alcanzar altas eficiencias mayores al 75% de conversión de hidrocarburos

contaminantes del suelo, la aplicación de nutrientes y comunidades bacterianas al proceso de

biorremediación resulta ser una de las mejores alternativas para la remediación de esos suelos

contaminados por hidrocarburos.

El método de biopilas representa menor costo respecto a otras técnicas, es eficiente en

concentraciones medias y bajas de hidrocarburos de las fracciones media y ligera.

La adición de ácidos húmicos y los materiales agregados (lombricomposta, Zeolita y

Carbón activado) sirvieron de soporte y alimento a los microorganismos, mejorando la

reproducción. Los ácidos húmicas permitieron que se alcanzaran valores de concentración de

los contaminantes muy por debajo de los límites permitidos, así como altos valores de porcentaje

de eficiencia de degradación.

La fracción ligera muestra mayor velocidad de degradación que la fracción media, lo cual

quiere decir que los microorganismos degradan más fácilmente la fracción ligera que la fracción

media, además que la acción mecánica ayuda a que la fracción ligera salga rápidamente, porque

esta, está constituida por carbonos menos pesados (gases).

La cantidad de biomasa al inicio del proceso fue de 1.00E+09, lo que indica que la

comunidad bacteriana era rica, ya que como se mostro en los cromatogramas existían

hidrocarburos con más de 5 carbonos y estos eran el alimento de las bacterias; la producción de

esta biomasa al final de la prueba, disminuyó de manera significativa a valores de 4.10E+05

UFC/g. Esto se explica ya que al final de la prueba en base a los cromatogramas, solo quedaron

hidrocarburos pesados con más de 15 carbonos y esta biomasa solo pudo consumir hidrocarburos



de menor peso molecular. Al final murieron porque ya no tenían la fuente de alimentación,

sobreviviendo únicamente las que se acoplaron al medio resultante.

Al final del proceso se logró el objetivo que era disminuir las concentraciones de

hidrocarburos en fracción media y ligera; y los beneficios que se alcanzan, es sin duda mejorar

la calidad del medio ambiente, suelo, aire, agua y salud de la población.

En relación al caso de estudio en el aspecto ambiental, el mayor beneficio en el empleo

de un proceso de biorremediación lo recibe el medio ambiente, ya que el material tratado vuelve

a su lugar de origen evitando así alteraciones en la zona.

Entre las desventajas del proceso se encuentra:

El tiempo del proceso biológico es mayor que el tiempo del proceso químico.

Se requieren tanques de almacenamiento de volúmenes superiores a los empleados en un

proceso químico, debido a que se deben mantener el suelo con un contenido de humedad

especifico.



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