Alternativas para la remediación de ecosistemas contaminados por hidrocarburos

(Recopilación bibliográfica)

Alternative for Remediation of Ecosystems Contaminated by Hydrocarbons

(Review)

1. Resumen
3. Análisis y Discusión de la bibliografía consultada
4. Conclusiones
5. Bibliografía

Resumen

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.

Introducción

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

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:

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:

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:

1. Ofrecen soluciones a largo plazo y eficaces en función del costo para los problemas de la limpieza de desechos peligrosos.
2. Presentan alternativas frente al uso de vertederos y la incineración.
3. 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.

Conclusiones

2. Las técnicas tradicionales de tratamiento son de fácil aplicación y sus costos de operación son relativamente bajos, exceptuando las técnicas de Incineración y Solidificación.
3. 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.
4. En Cuba estas técnicas encuentran serios problemas de aplicación debido a las limitaciones técnico – económicas.
5. 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.

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