EK-induced geochemical changes

1.5.1 Objetivo General

Determinar de forma experimental las condiciones de operación más favorables para efectuar la remediación de un suelo contaminado con hidrocarburos, mediante el proceso de bioremediación denominado biopilas/composteo.

1.5.2 Objetivos Específicos

• Diseñar e implementar un equipo experimental a nivel piloto para efectuar la bioremediación de suelos contaminados con hidrocarburos en un esquema de tratamiento por composteo.

• Obtener las condiciones de operación mas favorables (humedad, textura, temperatura, nutrientes) para la bioremediación de un suelo contaminado con hidrocarburos por biopilas/composteo.

• Realizar una comparación de efectividad de tratamiento entre los microorganismos mejorados (Polypetrosolve 2100) y los presentes de manera natural en el suelo (indígenas); así como entre el uso de nutrientes de origen orgánico e inorgánico. La efectividad se medirá con el porcentaje de TPH’s removidos y el tiempo de tratamiento.

1.6 Hipótesis

El uso de microorganismos especializados/mejorados incrementa la tasa de degradación de TPH’s en suelos contaminados con hidrocarburos, obteniéndose mejor respuesta de la cinética de degradación.

1.7 Alcances

El estudio y la remediación del suelo contaminado es a nivel laboratorio, se debe señalar que es a escala piloto. Utilizando una muestra de suelo proveniente de un sitio contaminado.

El proyecto incluyó la utilización de una mezcla comercial de microorganismos (Polypetrosolve 2100) cultivados en el laboratorio y posteriormente inoculando el suelo contaminado.

El periodo de remediación fue de 100 días. Tomándose muestras de suelo para su análisis por lo general cada dos semanas, para darle así un mejor seguimiento a la degradación de los contaminantes.

2. METODOLOGÍA

2.1 Selección de la Muestra

La muestra de suelo sujeta al proceso de bioremediación, procede de un taller de ferrocarriles ubicado en Empalme Sonora, el cual hace algunos años salió de operación.

El suelo contiene una mezcla de hidrocarburos, principalmente compuesta de diesel y en menor cantidad de aceite (hidrocarburos de fracción media), propios de los combustibles, insumos y reparaciones de las locomotoras y demás trabajos realizados en ese lugar.

Debido a que el suelo proviene de un sitio que ha presentado contaminación desde hace algunos años, los microorganismos nativos ya se encuentran adaptados a tales condiciones.

La muestra de suelo obtenida fue trasladada al laboratorio de Ingeniería Química del Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey. Se conservó en un recipiente cerrado a temperatura ambiente, mismo en el que se trasladó desde su origen, para su posterior análisis.

2.2 Diseño Experimental

Para el desarrollo del experimento se consideraron cuatro aspectos como los de mayor importancia para realizar la bioremediación, siendo estos: contenido de humedad, nutrientes, surfactante biodegradable y cultivo bacteriano. Debido a que el contenido de humedad en el suelo es un factor crítico en los procesos de bioremediación, se decidió mantener un valor constante y hacer una combinación de los tres componentes restantes.

Cada uno de los experimentos consistió de 5 kg de la muestra de material contaminado colocado en una charola de acero inoxidable de aproximadamente 42 x 28 x 3 cm; donde se llevó a cabo la remediación, simulando las condiciones de una biopila a escala. Cada uno de los experimentos se mantuvo a condiciones ambientes de humedad y temperatura.

La Tabla 2.1 muestra la configuración final del diseño experimental, en total se realizaron nueve pruebas. El experimento denotado con el número uno, corresponde al control (C), en el cuál únicamente se mantuvo el nivel de humedad, del número dos en adelante las condiciones fueron cambiando según se muestra, el parámetro marcado con “9” denota su uso.

Tabla 2.1 Modelo experimental

Experimento Agregado Orgánico (O) Agregado Inorgánico (I) Surfactante (S) Cultivo Bacteriano (B) 1 (C) 2 (O) 9 3 (I) 9 4 (B) 9 5 (O + S) 9 9 6 (I +S) 9 9 7 (S+ B) 9 9 8 (O + S + B) 9 9 9 9 (I + S + B) 9 9 9 C: Control O: Agregado Orgánico I: Agregado Inorgánico S: Surfactante B: Cultivo Bacteriano

Debido a que los resultados obtenidos en el presente trabajo pretenden ser utilizados para su aplicación en futuros proyectos, las restricciones y/o manipulación de las distintas variables a considerar, no será muy estricto.

El contenido de humedad recomendado para los procesos de bioremediación reportados se encuentran en un rango de 10 a 25%. Para pruebas similares realizadas en

laboratorio, el contenido de humedad óptimo es del 20%, haciéndose un ajuste semanal (Kuyukina, et. al., 2003).

En este estudio, la actividad metabólica de los microorganismos en el suelo se estimó por medio de la producción de CO2 derivada de la respiración celular. Debido a que los

métodos tradicionales de conteo de microorganismos sufren de grandes incertidumbres por la inherente hetereogenidad en la distribución de la población microbiana y adherencia de células a la matriz del sustrato (Ran Xu y Obrad J., 2003).

Respecto a la adición de nutrientes, ésta se realizó de dos distintas maneras, utilizando estiércol de vaca como agregado orgánico (O) y urea comercial como agregado inorgánico (I). La razón es proporcionar una fuente de nitrógeno y fósforo para los microorganismos. El agregado orgánico se adicionó en una proporción de 5% en peso base seca, mientras que la urea a una razón de 0.3% en peso (Wellman et al., 2001). La adición de los nutrientes se realizó al inicio del proceso de remediación únicamente.

En algunos de los casos se empleó surfactante Quantum Clean (S), con una concentración del 1% (p/v), dosis recomendada por el fabricante en pruebas realizadas para el lavado de suelo que contiene hidrocarburos. La aplicación de surfactante se realizó únicamente al inicio de la remediación, con una proporción de 8 ml de solución por kilogramo de suelo a tratar. El proveedor y distribuidor comercial del surfactante es International Products and Organic Solutions (IPOS).

El consorcio microbiano Polypetrosolve 2100 (B), se obtuvo a partir del mismo proveedor que el surfactante, desarrollado a partir del enriquecimiento de diversas cepas microbianas capaces de degradar hidrocarburos. Se estandarizó el funcionamiento óptimo de la cepa de bacterias al producir un caldo de cultivo con extractos biológicos e hidratos de carbono asimilables.

Por medio de la densidad óptica (DO) se obtuvo el tiempo para alcanzar la fase de mayor crecimiento microbiano del cultivo, la reproducción en el medio óptimo se da a las 24

horas de puesto el inóculo. Transcurridas las primeras 24 horas, se tomó una lípota para resembrar el cultivo a un reactor biológico con mayor volumen de medio acuoso.

Dentro de la metodología se tomo en cuenta hacer un reactor biológico abierto con aireación continua, que contuviera macro y micro nutrientes, además de una fuente de carbono inicial, con un pH dentro del rango óptimo; para inocular bacteria en un medio acuoso y aeróbico.

Una vez estimulada la bacteria se inoculó en proporción acuosa de 2.2 ml por Kilogramo de suelo a tratar, en total se hicieron dos aplicaciones, a los 28 y 38 días de iniciado el proceso de remediación.