(Recopilación
bibliográfica)
Alternative for Remediation of
Ecosystems Contaminated by Hydrocarbons
(Review)
En este artículo se realiza una revisión
bibliográfica de los métodos
que existen actualmente para la recuperación de
ecosistemas contaminados por hidrocarburos.
Se concluye que en Cuba y en
países en vías de desarrollo las
técnicas que emplean equipos especiales
encuentran serios problemas de
aplicación debido a las limitaciones técnico
– económicas, siendo la Biorremediación el
tratamiento más apropiado a seguir en suelos
contaminados con hidrocarburos en estos países por sus
ventajas conocidas.
Los derrames de petróleo y sus derivados en el
ámbito mundial, han provocado una severa contaminación del suelo y de los cuerpos de
agua. Estos
compuestos son tóxicos para los seres vivos ya que son
mutagénicos y carcinogénicos (Flores y col,
2001)
La contaminación por petróleo
se caracteriza por su persistencia en el ecosistema, a
pesar de los procesos de
degradación natural y/o antrópica a que puedan ser
sometidos. Los estudios recientes en la zona de Alaska (Carls y
col., 2001), donde ocurrió el derrame del Exxon
Valdéz, muestran concentraciones medias anuales de hasta
62258 m g/g de
hidrocarburos totales (base húmeda) en sedimentos del
área. Otra prueba de la persistencia de estos
contaminantes es que los perfiles de concentración
obtenidos en columnas de sedimentos han servido como archivos
naturales para la reconstrucción de descargas
históricas antropogénicas (Santschi y col., 2001),
lo cual resulta importante para evaluar el éxito
de medidas recientes de control de
la
contaminación.
La contaminación por hidrocarburos tiene un
pronunciado efecto sobre las propiedades físicas,
químicas y microbiológicas de un suelo, pudiendo
impedir o retardar el crecimiento de la vegetación sobre el área contaminada
(Luque y otros, 1995) (Lieth y Markert, 1990).
La solución ambiental adecuada de los residuos
sólidos con altos contenidos de hidrocarburos
generados durante los procesos de la perforación,
extracción y producción del petróleo se encuentra
dentro de las prioridades fundamentales de la industria
petrolera.
Las técnicas de tratamiento de residuos
sólidos consisten en la aplicación de procesos
químicos, biológicos o físicos a desechos
peligrosos o materiales
contaminados a fin de cambiar su estado en
forma permanente. Estas técnicas destruyen contaminantes o
los modifican a fin de que dejen de ser peligrosos, además
pueden reducir la cantidad del material contaminado presente en
un lugar, retirar el componente de los desechos que los hace
peligrosos o inmovilizar el contaminante en los desechos (Flores
y col., 2001).
Entre las técnicas con menos impacto ambiental
cabe destacar aquellas que no requieren excavación y
transporte del
suelo, es decir, que el tratamiento se realiza in situ, dentro
del mismo emplazamiento. La tecnología a utilizar
depende entre otros muchos factores, del tipo de contaminante,
tipo de terreno, afectación de las aguas
subterráneas, del tiempo
necesario para descontaminar, del costo de la
actuación, etc. (CIPP, 1999).
En el caso de no ser viable el tratamiento in situ,
existen alternativas al vertedero para el tratamiento fuera del
emplazamiento o ex situ, mediante plantas
centralizadas de tratamiento de suelos. Por ejemplo, en Europa existen
numerosas experiencias de plantas a pleno rendimiento que
combinan diversos tipos de tratamiento, siendo generalmente el
núcleo central el tratamiento mediante landfarming o
biopilas, que utilizan los agentes biológicos propios del
suelo para la descontaminación, acelerando el proceso
mediante control del aporte de nutrientes, humedad y
aireación (CIPP, 1999).
El objetivo de
este estudio ha sido obtener una actualización
bibliográfica sobre las alternativas de remediación
de zonas costeras y suelos afectados por la actividad
petrolífera y definir la alternativa de mejores
posibilidades de aplicación en Cuba para la
remediación de ecosistemas de interés.
Análisis y Discusión de la bibliografía
consultada
Las tecnologías de restauración se
clasifican en dos grandes grupos que se
pueden apreciar en la siguiente tabla.
Tabla 1. Listado de técnicas tradicionales e
innovadoras
Técnicas tradicionales | Técnicas |
Incineración | Extracción de vapores del |
Mezclar, enterrar y | Aspersión de |
Dispersión sobre el | Desorción |
Solidificación | Deshalogenación |
Reuso y Reciclado | Enjuague del suelo in |
| Extracción con |
| Lavado del suelo |
| Medidas |
| Biorremediación |
Las técnicas tradicionales o establecidas fueron
desarrolladas antes de 1980 y se han probado que son efectivas y
de uso común a escala de campo.
Sin embargo, para 1990 el 40 % de las técnicas de
tratamiento que se estaban usando eran innovadoras. En 1994 esa
cifra llegó casi al 60 %.
La Incineración puede ser utilizada
para destruir sustancias orgánicas o hasta para
transformar ciertos tipos de sustancias inorgánicas bajo
condiciones controladas. Los productos
generados por la Incineración son gases y
sólidos inertes; el proceso de combustión puede necesitar o no suministros
de combustibles extraños como es el gas natural. Este
proceso reduce considerablemente el volumen del
contaminante, además, transforma los metales pesados
en sus óxidos que son menos tóxicos. Esta
técnica también ha sido utilizada con éxito
para la eliminación de compuestos
orgánicos procedentes de la formulación de
plaguicidas. (ARPEL, 1997) (Royer et al., 1990).
Otra aplicación de la Incineración es la
descontaminación de sedimentos que contienen HAP, PCB y
metales pesados en la cual es combinada con un proceso
químico(Solidificación) en un horno rotatorio que
combustiona gas y opera a
1200 – 1500°C, lográndose la destrucción
de todos los contaminantes orgánicos sin residuos
secundarios; como producto final
se obtiene material pozolánico que se puede mezclar con
cemento
Pórtland, donde son inmovilizados los metales pesados,
para usar en industrias de la
construcción.(Stern, 1998). Sus desventajas
fundamentales son las emisiones gaseosas que se generan durante
la combustión de los desechos y el alto costo financiero
de los incineradores.
El método de
Mezclar, Enterrar y Cubrir consiste en la
estabilización y dilución de los sólidos,
generados en el proceso de perforación de los pozos
petroleros, mediante mezclado intensivo con subsuelo. El residuo
debe ser mezclado al menos según la relación 1:1 y
máximo 3:1, base volumen y cubierto en el lugar donde se
realice la operación con suelo limpio, de
composición arcillosa y de igual topografía. El nivel del manto
freático debe estar a mayor de 1 metro de la base donde se
dispondrá el residual (Abboud, 2000) (EPA,
1996)
Los criterios que deben cumplirse para aplicar esta
técnica de disposición son (CIPP, 1999) (EPA,
1996):
pH: 6.5 a 8.5
Contenido de Grasas y
aceites: < 0.1%
Cloruros: < 2000 mg/kg. sólido seco
Nitrógeno: 400 Kg / sitio
Metales Pesados:
Boro: 10 Kg | Cadmio: 3 Kg |
Cobre: 400 Kg | Cromo: 200 Kg |
Plomo: 200 Kg | Níquel : 50 Kg |
Vanadio: 200 Kg | Zinc: 600 Kg |
La Dispersión sobre el Terreno(Land
Spreading) consiste en dispersar una carga
aceptable de residuo sólido sobre un área
predeterminada. Este método es utilizado para residuos
sólidos con elevados niveles de metales pesados y sales y
comprende de una sola aplicación; puede realizarse en el
sitio o fuera del mismo. La carga máxima debe menor ser de
1000m3/ha o disponer el residual con un espesor menor
de 10 cm.
Los criterios que deben cumplirse para aplicar esta
técnica de disposición son (CIPP, 1999) (EPA,
1996):
pH: 6.5 a 8.5
Contenido de Grasas y aceites: < 0.5 % en los 20 cm
de capa superior y < 0.1% por debajo de 20 cm
Cloruros: < 800 kg./ha
Nitrógeno: 400 kg./ha
Metales Pesados:
Boro: 5 Kg/ha | Cadmio: 3 Kg/ha |
Cobre: 400 Kg/ha | Cromo: 200 Kg/ha |
Plomo: 200 Kg/ha | Níquel : 50 Kg/ha |
Vanadio: 200 Kg/ha | Zinc: 600 Kg/ha |
La Solidificación o Fijación
Química, es otra técnica
tradicional de disposición de desechos sólidos en
el cual siguiendo un proceso de neutralización,
desintoxicación u otro proceso físico –
químico se logra reducir el volumen del desecho. Mediante
este proceso se obtiene un sólido apropiado para ser
depositado en rellenos de tierra,
eliminándose el riesgo de la
contaminación por infiltraciones del contaminante (ARPEL,
1997.
El Reuso y Reciclado es una técnica
que se aplica principalmente a los lodos utilizados en el proceso
de perforación de los pozos de petróleo, debido a
que casi el 10 % de éstos se reutilizan en ese proceso, lo
cual conlleva a elevar la eficiencia de
esta actividad. (ARPEL, 1997) (Abboud, 2000).
La Técnicas Tradicionales de Tratamiento son de
fácil aplicación y sus costos de
operación son relativamente bajos, exceptuando las
técnicas de Incineración y Solidificación,
que requieren de equipos especiales para su aplicación y
los costos de operación son elevados.
La aplicación de éstas para el tratamiento
y/o disposición de lodos del proceso de perforación
de pozos petroleros de acuerdo a los criterios establecidos en
las Regulaciones Ambientales de CUPET (CIPP, 1999), se hace poco
factible ya que trabajos realizados por diferentes autores de
caracterización de piscinas de recepción de lodos
del proceso de perforación (Paumier, 1997) (Alvarez y
otros, 2001), muestran que los niveles de hidrocarburos totales
presentes son superiores al 10%, cifras que superan ampliamente
los criterios de 0.1 y 0.5 % de las técnicas de Mezclar;
Enterrar y Cubrir y Dispersión en el terreno,
respectivamente, para ser aplicadas.
Las técnicas de tratamiento innovadoras
consisten en la aplicación de procesos químicos,
biológicos o físicos a desechos peligrosos o
materiales contaminados a fin de cambiar su estado en forma
permanente. Las técnicas innovadoras han sido propuestas
más recientemente y se pueden encontrar en diferentes
etapas de desarrollo:
- Etapa de concepto (idea,
investigación, pruebas de
laboratorio) - Tecnología incipiente (prueba a escala
reducida) - Tecnología utilizable (estudio piloto, estudio
de demostración, uso limitado a gran escala)
Entre las ventajas que se pueden mencionar con respecto
al uso de las técnicas innovadoras se encuentran las
siguientes:
- Ofrecen soluciones a
largo plazo y eficaces en función
del costo para los problemas de la limpieza de desechos
peligrosos. - Presentan alternativas frente al uso de vertederos y
la incineración. - A menudo son más aceptables para el medio
ambiente que algunas técnicas de tratamiento
habituales. (EPA, 1996) (EPA, 2001).
Las más diversas tecnologías han sido
desarrolladas para disminuir el impacto negativo que origina la
actividad petrolera sobre el medio ambiente. El
ATTIC (Harlin, 1991) divide las tecnologías de tratamiento
innovadoras en 5 áreas: físicas, térmicas,
solidificación/ estabilización, biológicas y
químicas.
A continuación se relacionan algunas de las
técnicas innovadoras más importantes para la
restauración de suelos contaminados por hidrocarburos y
otros compuestos orgánicos e
inorgánicos.
La Extracción de vapores del suelo
consiste en separar los contaminantes mediante la acción
de un fluido, a veces aire (arrastre) y
en otras ocasiones se usa agua (lavado). Una vez arrastrado el
contaminante, se depura el efluente con técnicas
apropiadas. Es un procedimiento muy
sencillo, aplicable a suelos permeables y cuando las sustancias
contaminantes tienen suficiente movilidad; no son métodos
válidos cuando el suelo presenta una alta capacidad de
adsorción y son desarrollados específicamente in
situ (EPA, 1995).
La Aspersión de aire se considera
un método de volatilización pasiva para
contaminantes volátiles. El suelo se excava y se vierte
una fina capa, de unos 20 cm, sobre una superficie impermeable.
Para favorecer la volatización se procede a la
remoción periódica, por ejemplo, mediante el arado.
El riego también favorece el proceso ya que el agua
disuelve los contaminantes y produce su desorción y al
evaporarse los arrastra hacia la superficie. Además, la
humedad acelera la actividad de los microorganismos.
También al extender el suelo se aumenta su temperatura y
se expone a la acción de los vientos, con lo que aumenta
la volatización.
En general se trata de un proceso muy lento y tiene el
inconveniente de que los contaminantes son devueltos directamente
a la atmósfera, sin sufrir ninguna
depuración. No obstante, estos compuestos devueltos a la
atmósfera tienden a degradarse rápidamente. Los
hidrocarburos reaccionan fácilmente con los radicales
hidroxilo atmosférico, degradándose en un plazo que
va desde un solo día para el dodecano hasta 9 días
que necesita el benceno. Por otro lado, los disolventes clorados
industriales se descomponen fotolíticamente con gran
rapidez por acción de las radiaciones ultravioletas. Por
otra parte, la posible contaminación
atmosférica se puede evitar si el suelo es colocado en
unas naves en las que se pueden recoger los gases para su
posterior tratamiento y controlar las condiciones ambientales. Su
principal ventaja es su bajo presupuesto
económico (EPA, 1995).
La Desorción Térmica es otro
proceso térmico en el que se somete al suelo a unas
temperaturas más bajas (250-550°C) para conseguir la
desorción en vez de la destrucción de los
contaminantes. Con esta técnica se puede tratar la
contaminación producida por compuestos orgánicos
volátiles (con un peso molecular no muy elevado, como los
lubricantes, aceites minerales,
gasolina, etc.) y determinados metales pesados volátiles
como es el caso del mercurio. Con esta técnica hay que
controlar el paso de los contaminantes a la fase gaseosa, por
ejemplo se pueden eliminar en una cámara de
combustión o fijarlos sobre carbono
activado. Estos métodos presentan el inconveniente de que
el suelo queda completamente transformado, sin materia
orgánica, sin microorganismos, sin disoluciones (EPA,
1996) (AAE, 2000).
La AAE, siglas en alemán, ha desarrollado un
proceso térmico móvil THERMOSOIL para la limpieza
de los suelos contaminados con hidrocarburos, grasas y aceites
lubricantes. El procedimiento está diseñado para
limpiar suelos en los que la granulometría o la falta de
biodisponibilidad adjunto con aspectos económicos y de
tiempo ponen límites a
los procedimientos
convencionales.
El suelo es acondicionado previamente y transportado a
un horno rotativo tubular donde es calentado hasta 350
oC, debido a las altas temperaturas, se produce la
desorción de los productos contaminantes que pasan a la
fase gasificada. El suelo limpiado es refrigerado y evacuado y
reutilizado en múltiples aplicaciones tales como
preparación de paisajes, cubrir depósitos, etc.;
esto es posible ya que el suelo mantiene su estructura
intacta debido a que la desorción de los contaminantes se
realiza a bajas temperaturas. Su desventaja es su alto costo de
operación (AAE, 2000).
El proceso de desorción térmica
anaeróbica Soil Tech (de Percin, 1992) calienta y mezcla
los suelos contaminados, lodos y líquidos en un horno
rotatorio especial que desorbe, recoge y recondensa hidrocarburos
en sólidos. Se puede usar en conjunto con un proceso de
dehalogenación para destruir halogenados por proceso
químicos y térmicos.
Un proceso térmico de baja temperatura ha sido
aplicado (de Percin, 1993) en 6 sitios para remover suelos
contaminados. Remueve órganodorados,
órganofosforados, COV e hidrocarburos totales de suelos,
sedimentos y lodos. El proceso desorbe térmicamente los
contaminantes orgánicos por calentamiento hasta 425 °C
en un secador.
La oxidación química in situ
(USEPA, 1998) se basa en liberar oxidante químico al medio
contaminado para destruir los contaminantes
convirtiéndolos a compuestos inocuos comúnmente
encontrados en la naturaleza.
Los oxidantes aplicados en este proceso son típicamente el
peróxido de hidrógeno (H2O2), el
permanganato de potasio (KMnO4), ozono y en menor
grado, oxígeno
disuelto (OD). Las aplicaciones del campo más comunes han
sido basadas en el Reactivo de Fenton, donde el peróxido
de hidrógeno se aplica con un catalizador de hierro que
crea un radical libre hidroxilo que es capaz de oxidar los
compuestos orgánicos complejos.
La Deshalogenación Química
es un proceso mediante el cual se logra la degradación de
los contaminantes del suelo contaminado por reacciones
químicas. Frecuentemente se trata de reacciones de
oxidación de los compuestos orgánicos; como agente
oxidante se emplea el oxígeno y el agua oxigenada. Es un
método útil para: aldehídos, ácidos
orgánicos, fenoles, cianuros y plaguicidas organoclorados;
se utiliza preferentemente in situ, inyectando el agente
depurador a zonas profundas mediante barrenas huecas, o a veces,
simplemente mediante un laboreo apropiado del terreno.
Esta técnica se utilizó en un principio
para la estabilización de productos del petróleo.
En suelos se ha empleado para la descloración de PBC;
ésta consiste en la inyección de coa, Ca
(OH)2 o NaOH, el suelo al reaccionar se calienta y al
aumentar el pH hasta
valores de 9 a
11 se produce la descloración de los PCB (EPA,
2001).
El enjuague del suelo in situ es una
técnica de tratamiento innovadora que consiste en inundar
suelos contaminados con una solución que lleva los
contaminantes hasta un lugar donde pueden extraerse. El tipo de
solución que se necesita para el tratamiento depende de
los contaminantes que se hallen en el suelo en un lugar
determinado. La solución de enjuague generalmente es uno
de los siguientes líquidos: agua solamente, agua con
aditivos tales como ácidos, ácido nítrico o
ácido clorhídrico para pH bajo, bases,
hidróxido de sodio para pH alto, o agentes
tensioactivos
El agua se usa para tratar contaminantes que se
disuelven fácilmente en el agua; las soluciones
acídicas se usan para extraer metales y contaminantes
orgánicos, como los que se encuentran generalmente en el
reciclaje de
baterías o en procesos de cromado industrial. Por ejemplo,
la contaminación con zinc, una de las posibles
consecuencias de las operaciones de
cromado, se trataría con una solución
acídica. Las soluciones básicas se usan para tratar
fenoles y algunos metales mientras que las soluciones
tensioactivas son eficaces para retirar contaminantes oleosos.
También se está investigando el uso de agua con
solventes orgánicos como solución de enjuague. Los
solventes orgánicos, como el etanol, se usan para disolver
ciertos contaminantes que el agua sola no puede
disolver.
Con el enjuague del suelo in situ se obtienen resultados
óptimos en lugares donde hay espacios en el suelo que
permiten el paso de la solución de lavado. Si el suelo
tiene un alto porcentaje de limo o arcilla, por ejemplo, la
solución de enjuague no puede desplazarse
fácilmente en su interior, de modo que no puede entrar en
contacto fácilmente con los contaminantes. Eso limita la
eficacia
general del proceso de enjuague del suelo. Además, algunos
líquidos de enjuague contienen aditivos que podrían
contaminar el agua subterránea si no se retiran por
completo (EPA, 1996).
Su desventaja fundamental radica en que no es muy eficaz
para tratar los suelos contaminados con una mezcla de sustancias
peligrosas, como metales y aceites, además, es muy
difícil preparar una solución de enjuague capaz de
retirar eficazmente varios tipos diferentes de contaminantes al
mismo tiempo; debida a esta desventaja no se aconseja su
utilización para tratar suelos contaminados con
hidrocarburos.
La remoción de contaminantes hidrocarbonados del
suelo con surfactantes (Baviè re
y otros, 1993) utilizando la movilidad del hidrocarburo atrapado
capilarmente, mediante la disminución de la tensión
interfacial agua/hidrocarburo, es un método que se puede
combinar con la inyección de microorganismos y nutrientes
para acelerar la biodegradación del
contaminante.
Un sistema de lavado
transportable para tratar suelos contaminados que utiliza
surfactantes (Barkley, 1991) consiste de un tanque spray, un
tanque de lavado, un tanque de surfactante, un tanque de agua de
enjuague, un separador agua/ hidrocarburo y un sistema de
tratamiento de soluciones con un filtro de tierra
diatomácea, una columna de carbón activado y una de
intercambio iónico. La solución surfactante y el
agua de enjuague usadas se neutralizan a pH con
H2SO4 concentrado y se pasan por las
columnas de carbón e intercambio
iónicos.
La tecnología de lavado de suelos
Biogénesis ha sido desarrollada (Gatchett, 1993) para
remover compuestos orgánicos de suelos finos y gruesos.
Transfiere los compuestos orgánicos de la matriz suelo a
una fase líquida. Incluye mezclado de alta energía
de suelos contaminados excavados en una unidad móvil de
lavado. Una mezcla de surfactantes es degradada
rápidamente por microbios del suelo.
El método para emulsificar un producto de
petróleo derramado en una porción de suelo
superficial desarrollado por Riley (WO 01/47817, 2001),
está basado en el uso de un surfactante primario no
iónico, que contiene oleato de sorbitol etoxilado y un
surfactante secundario no iónico que es capaz de
estabilizar y solubilizar el surfactante primario, de forma tal
que la composición emulsificante resultante tiene un
balance hidrofílico/ lipofílico entre
aproximadamente 12.0 y 13.5.
La Extracción con Solventes es una
técnica de tratamiento que consiste en usar un solvente
para separar o retirar contaminantes orgánicos peligrosos
de fangos residuales, sedimentos o tierra. Este método no
destruye los contaminantes, sino que los concentra para que sea
más fácil reciclarlos o destruirlos con otra
técnica.
En un tanque se pone en contacto la tierra
contaminada con el solvente, separándose en tres
componentes o fracciones: solvente con contaminantes disueltos,
sólido y agua, en las cuales se concentran los distintos
contaminantes. Cada una de estas fracciones puede ser tratada o
eliminada individualmente en una forma más eficaz en
función del costo. Es eficaz para tratar sedimentos,
fangos residuales y tierra que contienen principalmente
contaminantes orgánicos, como bifenilos, policlorados,
compuestos orgánicos volátiles, solventes
halogenados y desechos de petróleo. No es aplicable para
extraer contaminantes inorgánicos debido a que estos
materiales no se disuelven fácilmente en la mayoría
de los solventes.
En este proceso pueden ser utilizados los siguientes
solventes: dióxido de carbono líquido, butano,
propano, metanol, acetona, etc. Dentro de las limitaciones de
esta técnica se encuentra que la presencia de plomo y de
otros contaminantes inorgánicos podrían interferir
en la extracción de materiales inorgánicos. En
algunos casos es necesaria la aplicación de un tratamiento
preliminar extenso de los desechos para sacar o desmenuzar los
terrones grandes y mediante este proceso no se reduce la
toxicidad de los contaminantes por lo que el producto final del
proceso debe ser sometido a un tratamiento ulterior o eliminado
(EPA, 1996).
La extracción con solvente en una unidad
móvil (Meckes, 1992) es un medio de remediación de
suelos en el sitio. Se realiza con una mezcla de solventes en
lazo cerrado, el proceso a contracorriente recircula los
solventes. Usa hasta 14 solventes combinados que pueden disolver
los contaminantes específicos en el suelo y mezclarse con
agua. Los solventes se calienta para extraer los contaminantes
del suelo.
El Proceso BEST de extracción con solventes
(Meckes, 1992) es similar y utiliza una o más aminas
secundarias o terciarias (generalmente trietilamina) para separar
orgánicos del suelo y lodos. Se basa en que la TEA es
completamente soluble en agua por debajo de 20 °C.
Un proceso a escala piloto que remedia
contaminación orgánica en suelos (Gatchett, 1994)
combina la extracción con fluido (remueve orgánicos
de sólidos contaminados), separación que transfiere
los contaminantes del extracto a un solvente
biológicamente compatible, y tratamiento biológico
que degrada los contaminantes a productos finales inocuos. Fue
efectivo para extraer HAP a baja temperatura y presión
moderada. Concentraciones de 1925 mg/kg. La biodegradación
se realizó en biorreactores aeróbicos.
El Lavado del suelo consiste en el uso de
líquidos, generalmente agua combinada con aditivos
químicos, y un procedimiento mecánico para depurar
el suelo. Con este procedimiento se retiran contaminantes
peligrosos y se los concentra, reduciendo su volumen. Con este
proceso se obtienen buenos resultados cuando el suelo no contiene
mucho limo o arcilla, en algunos casos resulta necesario combinar
el lavado del suelo con otras técnicas de tratamiento. Se
utiliza principalmente para tratar una amplia gama de
contaminantes como metales, gasolina, fuel oil y plaguicidas. El
uso de esta técnica presenta varias ventajas:
- Crea un sistema cerrado que no es afectado por las
condiciones externas, permitiendo el control de las
condiciones, como pH y la temperatura, en las cuales se tratan
las partículas del suelo. - Permite excavar los desechos peligrosos y tratarlos
in situ. - Ofrece la posibilidad de retirar una gran variedad de
contaminantes del suelo. - Es eficaz en función del costo porque puede
usarse como tratamiento preliminar (EPA, 1996).
TERRALAVAR, de la firma alemana UMWELTSCHUTZ NORD, es un
procedimiento de lavado de suelos para el tratamiento
físico – químico de suelos contaminados. Esta
tecnología tiene como ventaja su reducido tiempo de
tratamiento y en comparación con los procedimientos
térmico sus costos son inferiores (Umweltschutz Nord,
2000).
Las Medidas Fitocorrectivas consisten en
el uso de plantas y árboles
para limpiar agua y suelo contaminados (Rock y Jackson,
1997). Cultivar plantas en un lugar contaminado, y en algunos
casos cosecharlas, como método correctivo es una
técnica pasiva estéticamente agradable que
aprovecha la energía
solar y se puede usar junto con métodos de limpieza
mecánicos y/o en algunos casos en lugar de los
métodos mecánicos. Estas pueden usarse para limpiar
metales, plaguicidas, solventes, explosivos, petróleo
crudo, hidrocarburos poliaromáticos y lixiviados de
vertederos. La fitocorrección se combina con otros
métodos de limpieza en la etapa de "acabado." Aunque las
medidas fitocorrectivas son mucho más lentas que los
métodos mecánicos y llegan solamente a la
profundidad hasta la cual llegan las raíces, pueden
eliminar los últimos restos de contaminantes atrapados en
el suelo que a veces quedan con las técnicas
mecánicas de tratamiento.
Generalmente, las medidas fitocorrectivas se usan en
lugares con baja concentración de contaminantes y en
suelos, cursos de agua y agua subterránea poco profundos
(EPA, 1996).
Cuando los hidrocarburos de origen petrolífero
entran en el medio ambiente, una variedad de microorganismos
participan en su biodegradación. En los suelos, las
bacterias son
las degradadoras predominantes seguidas por los hongos. En la
descomposición de hidrocarburos en agua fresca, participan
tanto bacterias como hongos, levaduras y moho. Existen más
de 25 géneros de bacterias y hongos que degradan
hidrocarburos (UNEP, 1992) (Leahy y Colwell, 1990).
La degradación microbiana del petróleo en
los trópicos ocurre más rápido que en
ambientes árticos y atemperados, aunque se conoce poco de
la descomposición en zona anaeróbica o cuando hay
limitación severa de nutrientes.
La Biorremediación es una
técnica innovadora que se ha desarrollado en la
década de los 80 y 90, la cual ha sido aplicada
exitosamente en el tratamiento de suelos contaminados con
hidrocarburos. Se caracterizan por ser una técnica de
bajos costos de operación. La aplicación de este
tipo de técnica ha encontrado cierta resistencia de
aplicación por el tiempo que demanda
completa un proceso hasta obtener las metas de limpieza
deseadas.
La Biorremediación es considerada como la
más deseable aproximación a la remediación
de suelos contaminados en contraste a alternativas más
costosa y de menor aceptación pública como la
incineración. Los tratamientos biológicos de
degradación en suelos pueden ser eficientes y
económicos si las condiciones de biodegradación son
optimizadas.(Alvarez y col., 2001) (Belloso, 1998) (Cursi y
Calleja, 2000). Se define como Biorremediación al
proceso de aceleración de la tasa de degradación
natural de hidrocarburos por adición de fertilizantes para
provisión de nitrógeno y fósforo (Ercolli, y
Gálvez, 2001).
El tratamiento biológico de suelos contaminados
involucra el uso de microorganismos y/o vegetales para la
degradación de los contaminantes orgánicos. La
actividad biológica altera la estructura molecular del
contaminante y el grado de alteración determina si se ha
producido biotransformación o mineralización. La
biotransformación es la descomposición de un
compuesto orgánico en otro similar no contaminante o menos
tóxico, mientras que la mineralización es la
descomposición a dióxido de carbono, agua, y
compuestos celulares (Ercolli, y Gálvez, 2001)
Los procesos biológicos se aplican frecuentemente
al tratamiento de suelos contaminados con hidrocarburos. Se
pueden aplicar técnicas in-situ (en el lugar donde se
encuentra el suelo contaminado) o ex-situ (cuando el suelo se
traslada a una instalación para su tratamiento). El
tratamiento ex-situ de suelos, sedimentos y otros sólidos
contaminados con hidrocarburos se puede realizar en un variado
número de procesos en fase sólida y en fase lodo.
Los procesos en fase sólida son aquellos en donde el suelo
se trata con un contenido de agua mínima. En los casos de
los procesos en fase lodo se suspende el suelo en agua (Saracino
y otros, 2001)
Para la Biorremediación de los suelos
contaminados con hidrocarburos han sido muy utilizadas diversas
estrategias de
compost aprovechando la versatilidad de algunos microorganismos
para catabolizar moléculas recalcitrantes (Semple y col.,
2001). Las matrices de
compost son ricas en microorganismos xenobióticos,
incluyendo bacterias, actinomicetos y hongos lignolíticos
que pueden lograr la degradación de contaminantes hasta
compuestos inocuos como dióxido de carbono y agua,
ó transformarlos en sustancias menos
tóxicas.
Las tecnologías conocidas como Landfarming, Land
Treatment o Land Application, son métodos de
remediación de hidrocarburos de petróleo a
través de la biodegradación. Una de las
técnicas de Biorremediación más difundidas
es el Landfarming que consiste en un vertido controlado de
hidrocarburos sobre una superficie de terreno, el cual se somete
a un proceso de remoción mediante arado y riego
superficial con agregado de fertilizantes, con o sin
incorporación de microorganismos. (CIPP, 1999) (Abboud,
2000) (Ercolli y otros, 2000).
Estas tecnologías consisten en el uso de
microorganismos naturales (levaduras, hongos o bacterias) para
descomponer o degradar sustancias peligrosas en sustancias menos
tóxicas o que no sean tóxicas. Los microorganismos,
igual que los seres humanos, comen y digieren sustancias
orgánicas, de las cuales obtienen nutrientes y
energía. Ciertos microorganismos pueden digerir sustancias
orgánicas peligrosas para los seres humanos, como
combustibles o solventes. Los microorganismos descomponen los
contaminantes orgánicos en productos inocuos,
principalmente dióxido de carbono y agua. Una vez
degradados los contaminantes, la población de microorganismos se reduce
porque ha agotado su fuente de alimentos. Las
poblaciones pequeñas de microorganismos sin alimentos o
los microorganismos muertos no presentan riesgos de
contaminación. (Alvarez y otros, 2001) (Belloso, 1998)
(Cursi y Calleja, 2000) (Ercolli y Gálvez, 2001) (Saracino
y otros, 2001) (Ercolli y otros, 2000) (Ercolli y otros,
2001).
Algunos microorganismos pueden utilizar hidrocarburos
para su crecimiento como única fuente de carbono, entre
ellos se incluyen bacterias, actinomicetes, levaduras y mohos.
Los gérmenes producen una serie de catalizadores
biológicos denominados enzimas, que se
liberan al exterior de la célula
y atacan las moléculas de hidrocarburo
transformándolas en formas más fácilmente
asimilables. Solo unas pocas especies son capaces de degradar
hidrocarburos gaseosos, mientras que los hidrocarburos
parafínicos líquidos son atacados por un mayor
número de especies.
La degradación de hidrocarburos alifáticos
saturados es un proceso básicamente aeróbico, el
oxígeno es necesario para iniciar el ataque microbiano a
la molécula, mientras que la degradación de
hidrocarburos alifáticos insaturados puede efectuarse en
forma aeróbica y anaeróbica, al igual que los
aromáticos (Ercolli y otros, 2001).
Las técnicas de Biorremediación
generalmente son aplicadas en suelos con concentraciones de
hidrocarburos totales del orden del 5 a 8 %, extendiéndose
estos valores a rangos mayores para suelos fácilmente
aireables; debe destacarse que la determinación
cuantitativa de hidrocarburos en suelo es compleja ya que la
mayor parte de las técnicas se basan en la
extracción de las diversas fracciones por solventes,
según sea el método utilizado para
determinación de hidrocarburos se obtendrán valores
diferentes, que para determinados tipos de suelos e hidrocarburos
pueden ser muy marcados. De esto surge la importancia de
especificar el método analítico a utilizar.(Ercolli
y otros, 2001).
Las efectividades de esta metodología dependen de innumerables
factores, entre ellos se encuentran: tipo y concentración
de contaminante, concentración de microorganismos,
concentración de nutrientes, aireación, condiciones
macroambientales, presencia de inhibidores, biodisponibilidad del
contaminante, características agronómicas,
topográficas y microbianas del suelo receptor, etc. (EPA,
2001) (Ercolli y otros, 2001)
Se puede resumir que en el tratamiento de suelos
contaminados con hidrocarburos, la Biorremediación es un
de las mejores alternativas por sus diversas ventajas como
son:
- Posibilidad de aplicarse in situ o ex –
situ. - Bajo costo de operación.
- Como subproducto se obtiene un suelo útil para
la agricultura
debido a la adición de nutrientes. - No requiere de equipamiento especializado para su
aplicación.
Sus desventajas fundamentales son:
- Tiempo de proceso largo.
- Aplicación efectiva a suelos con
concentraciones de hidrocarburos < 30 %. - Contaminantes no tóxicos para los
microorganismos.
- Las técnicas tradicionales de tratamiento son
de fácil aplicación y sus costos de
operación son relativamente bajos, exceptuando las
técnicas de Incineración y
Solidificación. - La mayoría de las técnicas innovadoras
que existen en la actualidad para el tratamiento de los suelos
contaminados requieren equipos especiales y consumos elevados
de recursos
energéticos y de otro tipo para su
aplicación. - En Cuba estas técnicas encuentran serios
problemas de aplicación debido a las limitaciones
técnico – económicas. - La Biorremediación es el tratamiento
más apropiado a seguir en suelos contaminados con
hidrocarburos en nuestro país por sus ventajas
conocidas.
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MSc José Alfonso Álvarez
González,
Dr. Miguel A. Díaz Díaz,
Centro de Investigaciones
del Petróleo.
Washington # 169 esquina Churruca, Cerro. Ciudad de la
Habana, Cuba.
Teléfonos: 57 – 7300, 57 – 7301. Fax: 66
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